La membrane cytoplasmique
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Microbiologie médicale Cours 1 et 2 Definition • Microbiologie = la science qui étudie les micro-organismes. • Micro-organisme = être-vivant unicellulaire, qui peut-être visualisé avec le microscope optique ou électronique. L'histoire de la microbiologie • L’existence d’un monde microbien fut méconnue jusqu’à l’invention du microscope au début du XVIIIe siècle L'histoire de la microbiologie • 1665 - Robert Hooke, premier homme a avoir observé les microorganismes avec un microscope rudimentaire L’Histoire • La première mise en évidence des bactéries a été possible avec un microscope simple fabriqué par Anthony van Leeuwenhoek, drapier hollandais (1632-1723). Ainsi il décrit dans la salive de "Très nombreux animalcules [...] autant d'habitants que sur la planète" La théorie de la génération spontanée • Francesco Redi, un philosophe italien, a déclaré que le «ver» ne résulte spontanément de la viande, mais des œufs pondus par des mouches Discréditation de la théorie de la génération spontanée • En 1859, le chimiste français Louis Pasteur discrédite définitivement cette théorie par la conception de ballon avec "col de cygne" • Quand l'air n'a pas accès le bouillon peut être stocké indéfiniment sans multiplication des micro-organismes Discréditation de la théorie de la génération spontanée L’histoire de la microbiologie Les conséquences de ces expériences ont été: • imagination de premier milieu de culture pour les bactéries - bouillon de viande - encore en usage aujourd'hui • développement de méthodes simples de désinfection (destruction de tous les micro-organismes mais pas les spores) • le concept de manipulation aseptique des objets, des produits pathologiques, etc. (protégées par des microorganismes) Les fondateurs de la microbiologie Louis Pasteur (1822-1895) • Met les bases de la méthode de stérilisation et d'asepsie. • Découvre la nature microbienne du processus de fermentation • • • anormale de vin Fait le lien entre «les maladies du vin» et de certaines maladies infectieuses et contagieuses chez les animaux et l’homme Découvre les agents étiologiques de nombreuses infections. Réalise des vaccins par inactivation ou atténuation de la pathogénicité des micro-organismes (rage, le charbon, le choléra aviaire). La théorie des germes • En 1870, Robert Koch, médecin allemand, a révélé l'agent étiologique de l'anthrax, du choléra et de la tuberculose • Il a introduit les milieux solides en pratique microbiologiques Les fondateurs de la microbiologie Robert Koch (1843-1910) • • • Il a examiné les micro-organismes dans des préparations fixées par la chaleur et colorées avec des colorants de base Il a introduit les milieux solides dans la pratique de diagnostic microbiologique Il a reproduit les maladies, expérimentalement, par inoculation de l'agent étiologique des maladies infectieuses chez les animaux de laboratoire Les fondateurs de la microbiologie Robert Koch (1843-1910) Il a décrit les séquences expérimentales à l'appui de la relation de causalité entre un organisme et les manifestations de la maladie (postulats de Koch) • • • Micro-organisme qui a causé la maladie est détecté chez tous les patients et la distribution dans le corps correspond à la caractéristique lésions de la maladie Un organisme qui a causé la maladie peut être isolé en culture pure et sous-cultivé pour l’étudier Un animal inoculé avec la culture pure reproduit les lésions spécifiques et les micro-organismes peuvent être réisolé . Le monde microbien o Micro-organisme avec structure cellulaire: • • Eucaryotes (le regn Eucaryota), le micro-organisme avec structure cellulaire supérieure : champignons et protozoaires Procaryotes (le regn Procaryotae), le micro-organismes avec structure cellulaire inférieure : bactéries et algues bleues. o Micro-organisme acellulaire: les virus (parasite strict d’une cellule évolué). La classification des bactéries Classification phénotypique Classification analytique Classification génotypique Taxonomie: classification systématique des bactéries dans des groupes ordonnés. Classification phénotypique o Selon la colorabilité dans la coloration de Gram : • gram positive • gram négative o Selon la forme des bactéries : • • • • sphérique ou ovale – coques, cocci cylindrique – bacilles virgule – vibrions spiralée – spirochètes La coloration de Gram Classification phénotypique o Selon les caractère de cultură • Hémoliza, pigmentogeneza, forma, mărimea coloniilor, mirosul degajat de o cultură o Dupa prezenţa sau absenţa unor markeri biochimici specifici. o Serotipare: anticorpii formaţi faţă de antigenele bacteriene unice pot fi folosiţi pentru identificarea lor. o După comportamentul faţă de antibiotice (patern de rezistenţă). Classification analytique o L’embranchement – la division selon l’ordre, la famille, le genre, l’espèce. • • • • Ex. Ordre: Eubacteriales Ex. Famille: Enterobacteriaceae Ex. Genre: Escherichia Ex. Espèce : Escherichia coli Les bactéries • Les bactéries ont des tailles comprises entre 1 et 10 µm, et sont observées au microscope optique Structure de la cellule bactérienne o Structures stables • • • • L’ appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire o Structures inconstantes • • • • • La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels Le spore Structure schématique de la cellule bactérienne Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma) L’appareil nucléaire • • • • Totalement dépourvue d’un véritable noyau, absence de membrane nucléaire et nucléole Chromosome unique, une molécule d’ADN bicaténaire, circulaire. Le filament d’ADN a des boucles superenroulé (ADN gyrase) ADN extra chromosomique s’appelle plasmide – molécule bicaténaire, circulaire qui possèdent des gènes non indispensables au métabolisme normale de la bactérie, qui permettent une meilleure adaptation des bactéries a leur environnement. L’appareil nucléaire • Constitue le support de l’information génétique, héréditaire • Transmet l'information génétique aux cellules filles par • • autoréplication; Transmet l'information génétique aux ribosomes par hétéroréplication; Site d’action de certains antibiotiques Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma) Le cytoplasme • Contient de très nombreux ribosomes, qui sont constitués de protéines et d’ARN • Ils possèdent deux sous-unités 50S et 30S • Ils jouent un rôle important dans la synthèse protéique et dans l'exportation vers l’extérieur des protéines synthétisées. • On trouve parfois dans le cytoplasme des granulations qui sont des formes de stockage de certains constituants. Les ribosomes Les ribosomes La synthèse protéique Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma) La membrane cytoplasmique • Située sous la paroi, à son contact • Constituée d’une double couche de phospholipides où sont dispersées des protéines • Dépourvue de cholestérol (sauf chez les mycoplasmes) La membrane cytoplasmique La membrane cytoplasmique Les fonctions: • Responsable des échanges entre la bactérie et les milieux extérieurs : barrière osmotique (transferts passifs), contient aussi des systèmes de transport qui assurent la pénétration active et sélective de certaines substances (sucre, acides aminés, ions, minéraux) • • Site du métabolisme énergétique (siège de la chaîne respiratoire); • Point d’impact de diverses substances antimicrobiennes et antibiotiques polypeptidiques. Le prolongement de la membrane cytoplasmique que constitue le mésosome porte un site d’attachement du chromosome bactérien, qui intervient dans la régulation de la division bactérienne. Structures stables L’appareil nucléaire Le cytoplasme La membrane cytoplasmique La paroi cellulaire (exception: Mollicutes - Mycoplasma) La paroi des bactéries • Structure particulière aux cellules procaryotes • Enveloppe rigide essentielle a la bactérie dont elle assure la • • protection et détermine la forme. La structure de la paroi diffère selon qu’il s'agit de bactéries a Gram positif ou a Gram négatif. Le peptidoglycane ou murine est le constituant principal de la paroi. Coloration de Gram • Gram negative (rouge) • Gram positive (violet) Bactéries à Gram positif Streptococcus (cocci, chaine) Bactéries à Gram négatif (Eg. Escherichia, Salmonella) Coloration de Ziehl- Neelsen pour les mycobactéries Peretele bacteriilor Gram (-) La structure du peptidoglycane • Le peptidoglycane est un hétéropolymère composé de chaînes glucidiques reliées les unes aux autres par des chaînons peptidiques (pentapeptide). • La macromolécule réticulée tridimensionnelle est ainsi constituée et sa solidité dépend de l'importance des interconnexions • La paroi de la bactérie est ainsi une unique macromolécule. • 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 - DAlanine) sont toujours fixées sur l'acide muramique • Ces tétrapeptides sont reliés directement entre eux ou par une courte chaîne peptidique (chaîne « interpeptidique»). Le peptidoglycane BGN –bidimensionnel, chaîne pentaglycanque BGP – tridimensionnel, chaînons tetrapeptidiques L-alanine D-glutamic acid L-lysine/Diaminopimelic acid D-alanine D-alanine Peptidoglycane Muramic acid Glucosamine Peptidoglycane schéma La biosynthèse du peptidoglycane • S'effectue par sous-unités dans le cytoplasme jusqu'à l'assemblage du disaccharide-pentapeptid (N-Acétyl Glucosamine-Acide N-Acétyl Muramique- L-Alanine-D-Glycine-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine) qui traverse la membrane cytoplasmique fixé sur un transporteur phospholipidique puis est attaché à la chaîne glucidique de la paroi préexistante (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. Importance médicale • Certaines étapes peuvent être entravées par certains antibiotiques : ß-lactamines, glycopeptides (cf. antibiotiques) ou encore enzyme (lysozyme) • 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- La forme des bactéries 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. Paroi des bactéries à Gram négatif Beaucoup plus complexe Le peptidoglycane est en couche mince peu dense (< 15% du poids sec). L'autre constituant essentiel est un lipide complexe (A) couplé à la glucosamine et à des résidus phosphore qui est amphiphile, possédant une partie hydrophobe et une hydrophile. Il y a analogie entre les appellations «endotoxine», «lipide A» et «membrane externe» (cf. pouvoir pathogène). Sur les résidus glucosamine, des polysaccharides complexes sont fixés et forment la partie la plus externe de la paroi. Ils sont essentiels pour la physiologie bactérienne dans les processus de pénétration de nutriments ou de toxiques, ils sont spécifiques de sous-espèces ou de types et comportent des sucres originaux : antigènes O. On trouve à l'intérieur, des phospholipides. La membrane est successivement hydrophile (polysaccharide complexe), hydrophobe (lipide A et lipides des phospholipides), hydrophile (têtes hydrophiles des phospholipides). Se trouvent enchâssées des protéines qui assurent la cohésion de la membrane, une liaison avec le peptidoglycane et des fonctions diverses de perméabilité sélective ou non. Ces porines, seules structures de transport des composés hydrophiles, sont essentielles à la vie de la bactérie mais aussi à l'action de certains antibiotiques. Enfin d'autres protéines servent à la captation d'ions (fer), ou de vitamines (facteurs de croissance). Structures inconstantes • La capsule • • • • Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels Le spore La capsule bactérienne • • 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 acides (sucres sous forme d'acides uroniques tel l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, mais aussi sous forme de sucres phosphorés), ce composant est lié à certains pouvoirs pathogènes, car il empêche la phagocytose. • 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 glycocalyx • Ce sont des fibres polysaccharidiques ou polymères extrêmement fréquents entourant la bactérie et difficile à visualiser en microscope électronique. • Le feutrage des fibres de glycocalyx est constant dans le cas de bactéries vivant en biofilm dans les conditions naturelles. • Il est responsable de l'attachement des bactéries aux cellules (cellules buccales, respiratoires......) ou à des supports inertes (plaque dentaire sur l'émail dentaire, biofilms sur les cathéters, ou encore les prothèses dans le cas de bactéries d'intérêt médical). • Il protège les bactéries du biofilm de la dessiccation, sert à concentrer ou modifier les éléments nutritifs exogènes et rend les bactéries résistantes : antiseptiques, désinfectants et antibiotiques. Structures inconstantes • La capsule • • • Les pili – fimbriae Les pili sexuels Le spore • Les flagelles Les flagelles • • • • • • • • • Longues et fines structures filamenteuses Ils assurent la mobilité da la bactérie Ils ne sont pas visible en microscopie optique, sauf avec des techniques de coloration spéciale Ils ont plusieurs micromètres de long Leur nombre et leur disposition varient suivant les espèces Ils sont implantés tout autour de la bactérie (disposition périphérique) ou à une extrémité de la bactérie (disposition polaire) Ils sont faits de l’assemblage de molécule de protéines - flagelline Ils sont attachés a la membrane cytoplasmique par une structure protéique complexe et mobile par rotation La flagelline est antigénique et les flagelles sont le support de l’antigénicité H FLAGELLES (ME) Structures inconstantes • • La capsule Les flagelles • • Les pili sexuels Le spore • Les pili – fimbriae Fimbriae ou pili • Sont des structures fibrillaires, rigides, de nature protéique et dispose à la surface de nombreuse bactéries a Gram négatif • Ils sont plus fins et plus réguliers que les flagelles • Permettent l'attachement spécifique des bactéries sur les cellules, phase essentielle dans certains pouvoirs pathogènes (Escherichia coli de certaines infections urinaires) • Des structures comparable peuvent également protéger la bactérie de la phagocytose et favoriser la virulence (Neisseria gonorrhoeae) Structures inconstantes • • • La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae • Le spore • Les pili sexuels Pili sexuels • Peu nombreux, longs, creux, renflés a leur extrémité distale • Ils sont codés par des plasmides • Ils interviennent dans le phénomène de la conjugaison bactérienne • Des virus bactériens ou bactériophages peuvent infecter la bactérie après fixation sur certains pili sexuels Structures inconstantes • • • • La capsule Les flagelles Les pili – fimbriae Les pili sexuels • Le spore Le spore • Certaines espèces bactériennes, dites sporulées, ont la propriété quant elles sont placées dans la conditions d’environnement défavorable de donner naissance à des spores qui vont pouvoir résister indéfiniment au froid, à la dessiccation • Quand les conditions favorable se manifestent de nouveau, le spore redonne des bactéries végétatives identique à celles qui lui ont donné naissance. • Importance médicale – la thermo-résistance (les méthodes de stérilisation par la chaleur doivent tenir compte de cette propriété) et la résistance aux antibiotiques et à certains antiseptiques.
