Physiologie bactérienne
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Cours PCEM2 Physiologie bactérienne Anne-Laure Michon- Laboratoire Bactériologie Hôpital Arnaud de Villeneuve - Montpellier Objectifs • les principaux éléments de la physiologie bactérienne : les conditions de la croissance bactérienne la croissance bactérienne proprement dite nutritionnelles environnementales division bactérienne dynamique de la croissance • leurs implications : dans la conduite d’un examen cytobactériologique dans le diagnostic d’une infection bactérienne Définition Physiologie Science des fonctions et des constantes du fonctionnement normal des organismes vivants, unicellulaires comme pluricellulaires (Larousse Médical) Science qui traite des fonctions organiques par lesquelles la vie se manifeste (Petit Larousse) Plan Les principaux éléments de la physiologie bactérienne Implication lors de l’examen cytobactériologique - Besoins nutritifs - Choix des milieux de culture - Conditions environnementales - Choix de T°, atmosphère d’incubation - Division bactérienne - Délais de croissance et de rendu des résultats - Dynamique de la croissance - Dénombrement, identification antibiogramme Besoins nutritifs (1) Bactéries : organismes vivants devant trouver dans l’environnement les substances nécessaires à leur énergie et à leurs synthèses cellulaires 1. Source d’énergie : • lumineuse : bactérie phototrophe • composés minéraux ou organiques : bactérie chimiotrophe - élément minéral : bactérie chimiolithotrophe - élément organique : bactérie chimioorganotrophe 2. Sources de carbone : •bactérie autotrophe : CO2 exclusivement • bactérie hétérotrophe : CO2 ou substances hydrocarbonées (alcool, acide acétique, acide lactique, sucres divers,…) Besoins nutritifs (2) 3. Sources d’azote et besoins en soufre 4. Besoins inorganiques : phosphore 5. Autres éléments : • Sodium, Potassium, Magnésium, Chlore • Oligo-éléments : Manganèse, Nickel, Zinc, Sélénium, … • Facteurs de croissance : - Acides aminés : Acide folique, Acide nicotinique, … - Divers : dérivés de l’hème • Vitamines : B6 (pyridoxine), K et dérivées, ... Milieux de culture (1) Quels sont les composés qui doivent être inclus dans un milieu de culture pour permettre la croissance bactérienne ? • Substrats nutritifs :Acides aminés, peptides, bases nucléiques, • Système tampon sucres, etc • Sels minéraux • Vitamines • autres facteurs de croissance pour certaines bactéries : Sang, protéines, hémoglobine, vitamines supplémentaires Milieux de culture (2) - Composition • synthétiques • semi-synthétiques Composition définie Ajout d’un extrait d’organismes (levures : facteurs • complexes Réalisation empirique (extraits de viande, de levure, de croissance) extraits enzymatiques, protéines = peptones) - Rôle • d’isolement • d’enrichissement • enrichis • sélectifs (à voir en T.P.) Croissance de plusieurs espèces Croissance d’1 espèce en faible quantité favorisée Croissance des bactéries exigeantes Croissance d’un type bactérien favorisée + inhibition de celle des autres Milieux de culture (3) - Liquides bouillons de culture En tubes Croissance bactérienne = trouble du bouillon En flacons Ex : bouillons d’hémoculture Incubation jusqu’à 15 jours à 37° C le plus souvent Milieux de culture (4) - Solides milieux gélosés en boîtes de pétri Incubation 24 à 72 h à 37° C le plus souvent Mise en évidence de colonies bactériennes (1 bactérie 1 colonie) Combinaison de plusieurs types de milieux de 2 (ECBU) à 9 (Copro) Plan Les principaux éléments de la physiologie bactérienne Implication lors de l’examen cytobactériologique - Besoins nutritifs - Choix des milieux de culture - Conditions environnementales - Choix de T°, atmosphère d’incubation - Division bactérienne - Délais de croissance et de rendu des résultats - Dynamique de la croissance - Dénombrement, identification antibiogramme Conditions environnementales • Le pH : bactéries neutrophiles (6- 8) alcalinophiles (> 8) acidophiles (< 6) Escherichia coli Pseudomonas Lactobacillus • La pression osmotique : bonne tolérance générale halophiles : nécéssitent du NaCl halotolérants • La pression mécanique / hydrostatique : bonne tolérance espèces barophiles (fonds marins) • La température : bactéries mésophiles : 10-45°C optimum 30-37°C, psychrophiles : -15°C à 20°C (5-10°C) thermophiles (45-70°C) hyperthermophiles (>80°C) Conditions environnementales (2) • L’oxygène moléculaire = mode respiratoire des bactéries Bactéries 2 - micro-aérophiles (Campylobacter) 3 - aéro-anaérobies facultatives (Escherichia coli) 4 - anaérobies strictes (Clostridium) Croissance bactérienne 1 - aérobies strictes (Pseudomonas) Atmosphère normale Atmosphères particulières Etuve à CO2 (5%) Sachet Anaérobiose ou Microaérophilie Jarres Plan Les principaux éléments de la physiologie bactérienne Implication lors de l’examen cytobactériologique - Besoins nutritifs - Choix des milieux de culture - Conditions environnementales - Choix de T°, atmosphère d’incubation - Division bactérienne - Délais de croissance et de rendu des résultats - Dynamique de la croissance - Dénombrement, identification antibiogramme Division bactérienne Croissance bactérienne = Accroissement ordonné et coordonné de tous les composants de la bactérie du nombre des bactéries appauvrissement du milieu de culture en nutriments enrichissement du milieu en sous-produits du métabolisme Division bactérienne (2) • Bactérie = organisme asexué • Reproduction par division cellulaire : - Allongement de la bactérie, - Duplication des constituants - Séparation 1 cellule mère 2 cellules filles identiques = reproduction binaire = scissiparité Etc, … 1 colonie Délais de croissance • Temps de division et délais de croissance dépendent : - de la bactérie - des conditions du milieu extérieur (favorables/défavorables) Temps de génération de quelques espèces bactériennes Bactérie Escherichia coli Staphylococcus aureus Pseudomonas aeruginosa Mycobacterium tuberculosis In vitro (min) 20-40 In vivo (h) 5 40 3-5 40 4 120-240 24-48 Conditionne le délai de l’analyse et donc du rendu des résultats Plan Les principaux éléments de la physiologie bactérienne Implication lors de l’examen cytobactériologique - Besoins nutritifs - Choix des milieux de culture - Conditions environnementales - Choix de T°, atmosphère d’incubation - Division bactérienne - Délais de croissance et de rendu des résultats - Dynamique de la croissance - Dénombrement, identification antibiogramme Dynamique de la croissance Courbe de croissance = étude en milieu liquide : 6 phases Log du nombre bactéries Temps d’incubation 1. Latence 3. Exponentielle 5. Stationnaire 2. Accélération 4. Ralentissement 6. Déclin Dynamique de la croissance (2) Courbe de croissance = étude en milieu liquide : 6 phases (milieu adapté non renouvelé) - Phase de latence : Croissance 0 Accoutumance des bactéries à l’environnement - Phase d’accélération : vitesse de croissance - Croissance exponentielle :Taux de croissance maximal - Phase de ralentissement : vitesse de croissance, épuisement du milieu, accumulation des déchets - Phase stationnaire : arrêt de la reproduction (facteur limitant) taux de croissance nul (division = autolyse) - Phase de déclin : ressources épuisées, le nombre de bactéries Applications 1/ Application au dénombrement des bactéries par unité de volume d’échantillon analysé Dénombrement après culture (bactéries viables) : ensemencement d’un volume défini d’échantillon sur milieu de culture gélosé UFC/ml (Unités Formant Colonie/ml) Ex : 100 ml de LBA 70 colonies bactériennes 700 UFC/ml (seuil significatif : 104 UFC/ml) autres : lames immergées (Uricult®) pour l’ECBU bactériurie Applications (2) •Ex: ECBU Bactériurie - Ensemencement volume défini d’urine + dénombrement des colonies bactériennes - Lame immergée : Milieu bacilles à Gram négatif Bactéries ou UFC/ml 103 104 Milieu tous germes - Seuils significatifs (UFC) / ml • Cystite aiguë : ≥ 103 Escherichia coli, ≥ 105 autres bactéries • Pyélonéphrites et prostatites ≥ 104 •ITU nosocomiales ≥ 103 105 106 107 Applications (3) 2/ Application à l’identification bactérienne Etude de la croissance en présence de divers substrats = étude du métabolisme bactérien Escherichia coli Exemple Etude du métabolisme glucidique avec galerie miniaturisée Klebsiella pneumoniae Inositol Saccharose Arabinose Applications (4) 3/ Application à la réalisation de l’antibiogramme Etude de la croissance en présence de divers antibiotiques Disque d’antibiotique Croissance (souche résistante) Inhibition de la croissance (souche sensible) Applications (5) 4/Conduite d’un examen cytobactériologique (Ex : ECBU) J0 Examen direct (GB, GR, bactéries, …) et mise en culture J1 1 type de colonies Plusieurs types de Plusieurs types de isolées colonies isolées colonies non isolées Numération Identification(s) Antibiogramme(s) éventuel(s) J2 J3 Résultat Réisolement Identification et antibiogramme éventuel Résultat Conclusion - Intérêt de l’étude de la croissance bactérienne : multiple • Lors d’une maladie infectieuse : - isolement, dénombrement et identification de la ou des bactéries en cause - détermination de la sensibilité aux antibiotiques • Réalisation de contrôle de stérilité ou de densité microbienne dans certains locaux (air des blocs opératoires, surfaces, …) • Contrôle de la qualité microbiologique Aliments, eaux, médicaments, produits cosmétiques, … Importance de connaître la physiologie bactérienne +++ Importance des conditions de réalisation de la culture bactérienne (besoins nutritifs et conditions environnementales respectés) Pour en savoir plus ... 2 sites Internet http://www.phem.fr/bio puis « Les bactéries » Campus de microbiologie médicale : http://www.microbes-edu.org avec http://www.microbes-edu.org/etudiant/etudiants.html
