Structures bacteriennes

FacMed.3emeAnnéemed
4eme anneephar
2016/17
MicrobiologiE
ALLAG H.
Structures bactériennes et classification simplifiée.
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Historique (I)
• 1676 : Van Leeuwenhoek : microscope
• « Génération spontanée »
• Début XIXè siècle : Pasteur, (1) notion de microorganisme, (2) ces micro-organismes peuvent
provoquer des maladies
• Milieu XIXè : Lister, stérilisation
• 1876 : Koch, notion de maladie bactérienne,
4 postulats de Koch
2
Historique (II)
• « age d’or de la microbiologie » :
– Koch : charbon (Bacillus anthracis), tuberculose
(Mycobacterium tuberculosis), choléra (Vibrio
cholerae)
– Klebs/Loeffler : diphtérie (Corynebacterium
diphtheriae)
– Shiga : dysenterie (Shigella dysenteriae)
– Kitasato/Yersin : peste (Yersinia pestis)
• Vaccins :
– Jenner : variole/vaccine
– Pasteur : choléra des poules, rage
– Von Behring/Kitasato : antitoxine (diphtérie)
– Anatoxines
3
Microscope de van Leeuwenhoek
4
MORPHOLOGIE ET STRUCTURE DES
BACTERIES
• Définition
• Moyens d’étude
– microscopie optique
– microscopie électronique
• Anatomie bactérienne
– microscopie optique
• taille
• morphologie ; classification
– microscopie électronique
• schéma général
• enveloppes :
paroi • peptidoglycane
• ≠ Gram + / Gram membrane cytoplasmique
• constituants internes : cytoplasme
appareil nucléaire
• éléments inconstants
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Définition
BACTERIE : être vivant unicellulaire, de petite taille
(1 à qq µm de longueur)
= cellule procaryote (sans véritable noyau)
≠ cellule eucaryote
paroi rigide, contient un constituant spécifique :
le peptidoglycane
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• Agents des maladies infectieuses
• Prions : maladies dégénératives du système nerveux
• (maladie de Creutzfeldt Jakob)
• Virus : 20 – 200 nm
• Bactéries
• Champignons
• Parasites
7
Moyens d’étude
• microscope optique
– état frais : entre lame et lamelle
forme
mobilité (X 200 à X 400)
– frottis fixé et coloré
meilleure appréciation de
la morphologie (X 1000)
nombreuses méthodes :
GRAM +++
Giemsa
P.A.S., etc.
• microscope électronique
– plusieurs technique : transmission, balayage...
– étude des structures superficielles, de
l’architecture interne
– travaux de recherche uniquement
8
9
• Qu’est ce qu’une bactérie ?
• Bactérie = être vivant, unicellulaire
• Poids d’une cellule = 10 puissance-12 g (poids sec =
3x10-13 g)
• • Découverte du monde bactérien : début du 18ème
siècle grâce au microscope
• • Étude des bactéries : Louis Pasteur (1822-1895)
• découverte du rôle des bactéries dans
• -les fermentations
• - les maladies
• • Classement :
• Eucaryotes : membrane nucléaire
• (algues, champignons, protozoaires)
• Procaryotes : un seul chromosome, pas de membrane
nucléaire
• toujours unicellulaire
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• Domaines de la bactériologie
• Science médicale : pathologie infectieuse
• Science fondamentale :
• bactéries et virus = outils en génétique et biologie
moléculaire
• Science extra-médicale concernant :
• - L’agriculture :
• bactéries interviennent dans cycles naturels de C, N, S
• - L’industrie alimentaire :
• . rôle dans les fermentations
• . contamination des aliments (Salmonelles, Listéria)
• - L’industrie chimique et pharmaceutique :
• . production d’antibiotiques
• . armes de guerre
11
• Moyens d’étude de la structure
bactérienne
•
•
•
•
•
•
•
•
•
A) microscopie optique (x 1000 à 1500)
morphologie, groupement
Coloration de Gram inventée en 1884
®violet : Gram +
®rose : Gram –
B) microscopie électronique (x > 10 000)
structure fine des bactéries
C) fractionnement des bactéries
Constituants libérés, séparés, analysés
12
Anatomie bactérienne
• microscopie optique
– taille
de 1 à quelques µm
ex. staphylocoque
Escherichia coli
hématie
1 µm
3 µm
7 µm
– morphologie : 3 formes principales chez les
bactéries d’intérêt médical
13
14
15
16
• Morphologie bactérienne
• 1)• forme : - coques = sphères
- bacilles = bâtonnets
- spirilles
• 2)• taille : ~1 μ de large x quelques μ de long
• 3)• groupement des bactéries caractéristique de
l’espèce :isolées, par 2, amas, chaînettes, en
palissades…
4)Combinaison entre - forme, caractérise les bactéries
- coloration
- et groupement
17
1 - sphérique : coques ou cocci
– isolées
– en paire = diplocoques
pneumocoques
méningocoques
– en amas
staphylocoques
– en tétrades
microcoques
– en chaînettes
streptocoques
18
Taille, forme, et arrangement

Coques: sphères
diplocoques:
paires de coques
 Streptocoques: chaînes de coques
 Staphylocoques: organisation en grapes

Tétrades:
4 coques en un groupe carré
 Genre Sarcina:
aglomérat cubique de 8 coques

Exemple de streptocoques
2 - bâtonnets : bacilles
– Bacillus
– Listeria
– corynébactéries
palissades ou
lettres de l’alphabet
– Actinomyces
– Clostridium
20
– entérobactéries
coloration
bipolaire
– Haemophilus
Pseudomonas
– Acinetobacter
– vibrions
21
3 - spirales = spirilles ou spirochètes
tréponème (Treponema pallidum)
Borrelia burgdorferi
Leptospira spp.
syphilis
maladie de Lyme
leptospirose
22
Streptocoques
corynébactéries
23
Bacillus
24
Méningocoque (LCR)
25
Gonocoque (prélèvement urétral)
26
Bactérie spiralée en microscopie à fond
noir (Borrelia)
27
Bacille à gram négatif à coloration
bipolaire (Yersinia)
28
29
30
31
• Anatomie bactérienne (cellule procaryote)
• Eléments obligatoires :
•
•
•
•
•
Eléments inconstamment
présents :
- chromosome
- plasmides
- cytoplasme
- vacuoles, substances de réserve
- ribososomes
- capsule
- membrane cytoplasmique
- flagelles
- paroi
- pili (pilus commun et
pilus sexuel)
- spore
• Eléments absents :
•
•
•
•
* véritable noyau
* mitochondrie
* réticulum endoplasmique
* appareil de Golgi
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• Constituants de la cellule bactérienne
•
•
•
•
•
•
•
• Rôle pour la bactérie
• Implications médicales dans
- pouvoir pathogène
- diagnostic biologique (direct et indirect)
- études épidémiologiques (comparaison de souches)
- sensibilité aux antibiotiques
- vaccins
33
• Structures constantes
•
•
•
•
Paroi
Membrane cytoplasmique
Appareil nucléaire
Cytoplasme
• Structures inconstantes
•
•
•
•
•
•
Capsule
Couche S
Flagelles
Fimbriae, Pili
Spore
Eléments génétiques mobiles
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A)Chromosome
- absence de membrane nucléaire
- filament unique d’ADN . bicaténaire
. circulaire
. surenroulé
- 1000 fois plus long que la bactérie (masse ~
2000MDa)
- protéines fixées dessus:
- ADN et ARN polymérases
- topoisomérases : réalisent les torsades
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• A’)Chromosome : intérêt médical
• Identification bactérienne : mise en évidence de gènes
•
Épidémiologie : comparaison des génomes des
souches bactériennes
• Cible d’antibiotiques :
- quinolones : inhibition des topoisomérases
- rifamycine : inhibition de l’ARN polymérase (=> de la
transcription)
- nitro-imidazolés : fragmentation de l’ADN
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• B)Plasmides
• structures génétiques non essentielles (inconstantes)
• ADN double brin, surenroulé
• de 1 à 1000 kb (en moyenne 0,5 à 5% de la taille du
chromosome) cytoplasmique, de réplication autonome
• transférable à d’autres bactéries par conjugaison
• exemples :
- plasmides porteurs de gènes intervenant dans le
pouvoir pathogène(gènes de virulence, de toxines…)
- plasmides de résistance aux antibiotiques
- Facteur F transfert de fragments de chromosome par
conjugaison.
37
• C)Cytoplasme
• composés solubles
• composés de réserve
• ARN
• ribosomes
38
• D)Ribosomes
• Nombreux : ~ 20 000 / bactérie
• Constitution :
-comportent 2 sous unités (50S et 30S)
constituées de protéines + ARN (23S et 16S)
• Rôle dans la synthèse protéique
• Cible d’antibiotiques qui agissent en perturbant la
synthèse protéique
- aminosides
- cyclines
- phénicolés
- macrolides
- acide fusidique.
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• E)Membrane cytoplasmique
• interface entre cytoplasme et structures externes
• sous la paroi
• Constitution
- protéines dispersées dans
- double couche de phospholipides
absence de cholestérol
-micro. électronique : aspect trilamellaire
• Lieu de fixation des flagelles et d’initiation de leur
mouvement
40
• E’)Membrane cytoplasmique :
-nombreuses fonctions
• Responsable des échanges
- transferts passifs : barrière osmotique
- pénétration active et sélective : perméases
- sortie des protéines : systèmes de sécrétion
• Transmission des informations de l’environnement :
protéine signal
• Enzymes de la chaîne respiratoire (même rôle que la
mitochondrie dans la cellule eucaryote)
• Cible de substances antibactériennes :
- phénols, antiseptiques cationiques
- antibiotiques polypeptidiques : fixation sur les
phospholipides
41
• F)Paroi
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
enveloppe rigide
forme (exosquelette)
protection
contient la pression osmotique interne
différente chez les Gram positif et les Gram négatif
mais comporte un polymère commun, partie la plus
interne :
PEPTIDOGLYCANE = MUREINE = MUCOPEPTIDE
macromolécule (= sac entourant la bactérie) de
structure réticulée :
- chaines polysaccharidiques reliées par des
- chainons peptidiques
42
43
La paroi et les groupes bactériens
Paroi d’une cellule Gram-positive
Gram-négative
Paroi d’une cellule
Paroi
Peptidoglycane cellulaire
Membrane
plasmique
Paroi cellulaire
Espace
périplasmique
Membrane externe
Peptidoglycane
Membrane
plasmique
• F’)Paroi : peptidoglycane ou muréine
• · constitution :
• - chaines polysaccharidiques .
acide N-acétyl muramique = NAM
. N-acétyl glucosamine = NAG
- chainons peptidiques . branchés sur l’acide
muramique (NAM)
. et reliés entre eux par une chaîne peptidique
• · biosynthèse :
• - enzymes (transpeptidase, carboxypeptidase) sur
lesquelles se fixent les AB béta-lactamines = protéines
se liant à la pénicilline ou PLP
45
• F’a)Paroi chez les GRAM POSITIF :
• épaisse (30 à 50 nm)
peptidoglycane = constituant majeur (30% du
poids sec),
-nombreuses couches
- autres constituants fixés dans le
peptidoglycane :
• - acides teichoïques
• - polysaccharides
• - protéines
• - la mb. Cytoplasmique.
46
47
48
• F’b)Paroi chez les GRAM NEGATIF :
• plus complexe
• peptidoglycane : couche mince (3-5 nm) (<
15% du poids sec)
• espace périplasmique
• membrane externe : - double couche de
phospholipides
• - couche externe de lipopolysaccharide (LPS)
• - protéines : - de structure (OmpA)
• - de transport
• - porines : perméabilité
• - d’adhérence
49
50
51
• F’c)Paroi des GRAM NEGATIF :
• structure du LPS
• couche externe de lipopolysaccharide (LPS) =
endotoxine, avec 3 régions :
• • lipides (lipide A)
• • rattachés au core ou noyau polysaccharidique
de base
• • sur lequel est fixé un polysaccharide complexe
immunogène (antigène O)
• se développant à l’extérieur de la paroi
52
53
• Mb externe des Gr-: le LPS
• LPS = endotoxine = Ag O
- Composé de 3 parties:
-Lipide A
-Polysaccharide central
-Chaîne O
54
• F’d)Intérêt médical de la paroi bactérienne
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Des fragments des divers constituants ont un rôle dans :
• activation des macrophages (muréine, ac lipoteichoïque, LPS)
plus forte production de cytokines
endotoxine en grande quantité choc toxique
• activation de la voie alterne du complément,
attraction des phagocytes sur les sites infectieux
• activité antiphagocytaire
• adhérence (protéines associées, ac lipoteichoïques)
• immunogènicité
• variantes antigéniques sérotypage des bactéries (épidémiologie)
Site d’action
• d’antiseptiques
• d’antibiotiques agissant sur :
- la synthèse de la paroi : - béta-lactamines (liaison avec les PLP)
- fosfomycine
- glycopeptides
- la partie phospholipidique : polymyxines (colistine)
55
• G)Capsule
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
élément le plus superficiel
inconstante
polysaccharidique (polymère de 1-2 sucres)
mise en évidence à l’encre de chine halo clair
Implications médicales :
• Pouvoir pathogène : la résistance à la phagocytose
(pneumocoque)
• Diagnostic : antigènes solubles dans les liquides de
l’organisme
• Épidémiologie : typage sérologique (pneumocoque,
hémophile)
• Vaccins : à base de polymères capsulaires purifiés
(pneumocoque, Haemophilus influenzae)
56
57
• H)Flagelles
• · assurent la mobilité de certaines bactéries
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
· colorations spéciales en microscopie optique
- longueur : 6 à 15 μm
- nombre variable suivant les espèces : 1 ou plus
- disposition variable
- péritriche (autour de la bactérie)
- polaire (à 1 ou aux 2 extrémités)
· assemblage de protéines : flagellines
· attachés à la membrane cytoplasmique par une
structure protéique mobile
par rotation
· flagellines sont antigéniques
- sérotypage
- sérodiagnostic (fièvre typhoïde)
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59
•
•
•
•
I)Pili sexuels
peu nombreux (1 à 4)
longs - creux - extrémité distale renflée
codés par des gènes plasmidiques
(facteur F)
• rôle dans la conjugaison bactérienne :
rapprochement des 2 bactéries male et
femelle
• échange de matériel génétique
60
• J)Pili communs ou Fimbriae
• • structure fibrillaire protéique, fine, 4 à 8 μm de
long
• • visibles uniquement en microscopie électronique
• rigides, régulièrement disposés à la surface
• ancrés dans membrane externe de la paroi
• • facteurs de pathogénicité :
• . adhésion aux cellules eucaryotes, favorise la
colonisation des muqueuses :
• - épithélium urinaire : colibacilles uropathogènes
• - entérocytes : colibacilles entéropathogènes
• - épithélium urogénital : gonocoque
• . protection contre la phagocytose
61
• K)Glycocalyx Biofilm
• Exopolymère : feutrage de fibres polysaccharidiques = structure
réticulée lâche
• Propriétés d’adhésion responsable de l’attachement :
• ⇒ des bactéries entre elles
• ⇒ entre bactéries et corps étrangers (biomatériaux, cathéters,
prothèses)
• ⇒ entre bactéries et surfaces cellulaires (respiratoires) : facteur
de colonisation
• ⇒ entre bactéries et valves cardiaques : végétations et
endocardite
• ⇒ entre bactéries et émail dentaire : plaque dentaire puis carie
• Biofilm = ensemble structuré de bactéries, enveloppées dans
une matrice de
• polymère autoproduit, qui s’amarre sur des surfaces inertes ou
vivantes
62
• L)SPORE
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
FORME DE RESISTANCE de certaines bactéries
quand les conditions deviennent défavorables
- ronde ou ovale
- paroi très épaisse
- résiste . au froid. à la chaleur. à la dessication. aux antibiotiques
. à certains antiseptiques
- conservation de toutes les aptitudes génétiquement
déterminées
- peut persister très longtemps dans l’environnement et redonner
une forme végétative quand les conditions redeviennent
favorables
exemples de bactéries sporulées : Bacillus anthracis
Clostridium perfringens
Clostridium botulinum
Clostridium tetani
Clostridium difficile.
63
64
L’endospore bactérienne



Formée par certaines
bactéries Grampositives.
Dormance
Résistante aux
conditions sévères de
l’environnement:
 Chaleur
 Radiations
ultraviolettes
 Désinfectants
chimiques
 Dessiccation
a)
b)
c)
d)
Spore centrale
Spore subterminale
Spore terminale
Spore terminale
avec sporange
gonflé
65
spore :
forme de résistance de certaines espèces
permet la survie dans des conditions défavorables
(froid, dessication...)
redonne des formes végétatives quand des
conditions favorables se manifestent à nouveau
propriétés :
• thermorésistance : 100°C, 20 min
• résistance aux radiations (U.V.)
• résistance aux antibiotiques, à certains
antiseptiques
différentes formes :
centrale non déformante subterminale déformante
terminale déformante
(Bacillus cereus)
(Clostridium perfringens)
(Clostridium tetani)
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• M)Cibles d’action des principales famille d’antibiotiques
• ► Paroi : - Bêta-lactamines (PLP)
•
- Glycopeptides
•
- Fosfomycine
• ►Membrane cytoplasmique : -Polymyxines
•
•
•
•
•
•
•
•
•
►Ribosomes : - Aminosides
- Phénicols
- Cyclines
- Macrolides
- Acide Fusidique
►ADN :
- Rifamycines (ARN polymérase)
- Quinolones (topo-isomérases)
- Sulfamides et apparentés (synthèse des acides nucléiques)
- Nitroimidazolés( Flagyl*)
FIN
2016/17. ALLAG H.
FacMed3/4emeanMED/PHAR.Microbiologie.
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• MERCI POUR VOTRE ATTENTION.
• fin
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