La pénicilline : Du champignon aux bactéries Par : Amélie Jedras, Karine Renault et Alexandre Robert.

Alexander Fleming découvrit par hasard l’effet antibactérien de Penicillium notatum sur une culture staphylococcus aureus. Le 3 septembre 1928 La découverte des pénicillines

Après sa découverte par Fleming, la pénicilline a été stabilisée grâce à une équipe de chercheur de l’université d’oxford La stabilisation chimique des Pénicillines

Procédé de stabilisation et d’amélioration de l’exploitation de Penicillium : -Théorisation de sa structure - transfert des composants actifs dans de l’eau glacée - amélioration du milieu de culture - utilisation de Penicillium chrysogenum - amélioration des souches par mutagénèse et sélection

Structure, propriété chimique et synthèse Les pénicillines font parties de la famille des β-lactamines. cycle β -lactame

La voie de biosynthèse de la Pénicilline G. Les différentes étapes : -Condensation des acides aminés avec formation d’un tripeptide - transformation oxydative du tripeptide en une structure bicyclique qui abouti en une isopénicilline N - réaction de cyclisation - remplacement de la chaîne latérale hydrophile par une chaîne hydrophobe. - formation de la pénicilline G

La Pénicilline G est la molécule découverte par Fleming, toutes les autres découlent de la modification de la dernière étape de la voie de biosynthèse. Les Pénicillines sont : -Stables en solution aqueuse à l’état pures - sensibles à la chaleur, aux alcalins, aux acides et aux pénicillinases. Pénicillinases : enzymes sécrétées par certains micro-organismes et qui détruisent les Pénicillines

Les caractéristiques du Penicillium Tiré du latin penicillus : pinceau. C’est un champignon filamenteux : - de la classe des ascomycètes - du groupes des plectomycètes - des ordres des eurotiales Il est constitué d’un mycélium excessivement ramifié qui lui donne l’aspect d’un pinceau. Ses hyphes ascogènes donnent des asques disposés en files, se séparant à l’approche de la maturité et apparaissent sans aucun ordre dans le périthèce.

Le pénicillium est très courant, il est l’un des principaux contaminants domestiques… En culture : cercle, cotonneux, « rayé » vert et blanc. Il est responsable de la pourriture verte des fruits.

…et est très utilisé dans diverses industries. Penicillium RoquefortiPenicillium camemberti Penicillium nalgiovence Pour la production industrielle de pénicilline c’est penicillium chrysogenum qui a été choisi.

Penicillium chrysogenum :

Les substances produites par les penicilliums peuvent être modifiées par des modifications chimiques ou de fermentations imposées. Pénicilline semi- synthétique : pénicilline G modifiée par traitement chimique ou enzymatique puis ajout d’une chaine latérale différente Pénicilline biosynthétique : produite par ajout de précurseur de la chaine latérale dans le milieu de culture Pénicilline G : pénicilline néoformée

Les pénicillines semi-synthétiques : Les variations des chaines latérales permet de contrecarrer les phénomènes de résistance à un antibiotique donné. Elles représentent la majeure partie des pénicillines produites et sont typiquement actives contre les bactéries gram-.

Dans l’industrie les fermentateurs sont des cuves de 20 à litres en inox. Dans lesquelles il y a les champignons, le milieu de culture et des apports contrôlés. Dans ces cuves l’air est stérilisé, l’agitation permanente, le pH et la température contrôlés La production industrielle de pénicilline

Le Penicillium chrysogenum placé dans le fermentateur est lyophillisé. La lyophilisation consiste en une congélation rapide d’une suspension de pénicilliums entre -54 et -72°C tout en éliminant l’eau par la création d’un vide ce qui donne une poudre. Elle permet un stockage de Penicillium sur une longue durée tout en gardant leur propriétés biologiques. Les bactéries peuvent être réanimées par hydratation avec un milieu nutritif.

Toutes les étapes de la production de Pénicilline

PBP : penicillin binding protein PLP : protéine de liaison aux pénicillines L’action de la pénicilline au niveau cellulaire

Action des β-lactames sur la paroi bactérienne -Atteinte de la face externe de la membrane plasmique - fixation par liaisons covalentes aux PLP - la fixation inhibe la synthèse du peptidoglycane.

La synthèse du peptidoglycane 1_ synthèse de l’UDP –acide N acétylmuramique et l’UDP-N-acétylglucosamine 2_ formation d’une chaîne pentapeptide 3_ transfert du N-acétylmuramyl-pentapeptide de l’UDP au bactoprénol phosphate membranaire. 4_ formation de l’unité de base du peptidoglycane 5_ transport du disaccharide-peptide au travers de la membrane par le transporteur bactoprénol pyrophosphate 6_ l’unité disaccharide-peptide est transférée à l’extrémité de croissance d’une chaîne de peptidoglycane 7_ le transporteur retourne activé à la face interne de la membrane 8_ transpeptidation : formation des liaisons peptidiques entre les peptidoglycanes.

Cette absence de peptidoglycane entraîne l’arrêt de la croissance bactérienne et l’éclatement cellulaire.

Résistance acquise : - Acquisition de plasmide -Production de substance qui contre l’antibiotique L’utilisation parfois abusive des antibiotiques a engendré des phénomènes de résistances de la part des bactéries pathogènes. Résistance naturelle : -Perte de la structure inhibée par l’antibiotique ou diminution de l ’affinité avec cette dernière - Imperméabilité de la membrane plasmique Les résistances bactériennes

En ce qui concerne les pénicillines, l’une des résistances est la production de pénicillinase mais certaines pénicilline peuvent y résister.

Dans le domaine médical les pénicillines sont classées en fonction de : -Leur spectre d’action -Leur résistance -Leur mode d’administration spectre d'actionrésistance pénicilline G et Vétroit, centré Gram+sensibles aux pénicillinases pénicilline Métroit, centré staphylocoquesrésistante aux pénicillinases pénicilline Alarge, Gram+ à Gram- sans effet sur staphylocoques L’action de la pénicilline au niveau humain

Exemple de soin : l’érysipèle Signe clinique : -Présence de plaques rougeâtres brillantes douloureuses qui s’agrandissent et s’épaississent et présente un bord bien définis et un œdème. - une fièvre d’environ 40°C Facteurs de risques : -lymphoedème, insuffisance veineuse - obésité - porte d’entrée comme des ulcères Elle apparait principalement chez les enfants et les adultes de plus de 30 ans ayant eu des antécédents de maux de gorge streptococciques L’érysipèle est une dermo-hypodermite, il s’agit d’un processus toxi-infectieux, avec une charge bactérienne faible.

La bactérie Streptococcus pyogenes. vue au microscope électronique à balayage et colorée artificiellement Généralement les érysipèles sont causés par une infection bactérienne par les streptocoques.

Traitement : -Hospitalisation généralement nécessaire - antibiothérapie dirigée contre les streptocoques initialement par voie intraveineuse par pénicilline G 10 à 20 MUI/j en perfusion continue. - poursuite de l’antibiothérapie per os par les pénicillines V. durée totale du traitement de 10 à dépistage, traitement ou prévention systématique des thromboses veineuses - traitement systématique de la voie d’entrée - traitement symptomatique. Des complications locales et des récidives peuvent survenir. -Suppuration cutanée ou ganglionnaire -Nécrose cutanée - thrombose veineuse, embolie pulmonaire - septicémie, métastases septiques

Nous pouvons donc dire que les pénicillines ont été une grande avancée dans l’histoire de la médecine et qu’elles ont permis de soigner bon nombre de personnes dans le monde. Elles sont encore aujourd’hui très utilisées malgré les nouveaux antibiotiques mit sur le marché depuis sa découverte. Cependant ce n’est pas un produit miracle et peu donner l’effet inverse en cas de sur-préscription. C’est pourquoi la recherche continue pour avoir des médicaments qui restent fiables malgré la constante évolution des bactéries.