24/02/16 (10-11h) ROUX Alexandra L2 CR : BOUÉ Kévin

AIH - Anatomie, physiologie, taxonomie et génétique bactérienne
24/02/16 (10-11h)
ROUX Alexandra L2
CR : BOUÉ Kévin
AIH
Pr. Vicky MERHEJ
10 pages
Anatomie, physiologie, taxonomie et génétique bactérienne
A. Introduction : bactérie
Les bactéries sont des êtres unicellulaires (procaryotes) dont le noyau est mal limité, inexistant, contrairement
aux cellules eucaryotes. Ce sont des organismes de petite taille allant de 0,1μm à 10μm en moyenne, invisibles
à l’œil nu. C'est pour cette raison qu'on a commencé à définir les bactéries et à comprendre leur biologie quand
on a découvert le microscope optique. Mais aujourd'hui on découvre que cette notion de petite taille n'est pas
toujours valable parce qu'il existe des bactéries géantes de l'ordre de 750μm (Thiomargarita namibiensis),
mais aussi des nanobactéries de l'ordre de 25 à 200 nm (Epilopiscium fishelsoni).
Il existe deux formes principales de bactéries : coccis (forme ronde) et bacille (forme allongée).
Les bactéries sont de morphologie très variable : vibrions, spirales, mycélium …
Elles peuvent se retrouver en MO soit isolées, soit regroupées selon un arrangement caractéristique en :
–paire (deux bactéries)
–tétrade (quatre bactéries)
–chaînette (caractéristique des Steptocoques)
–grappe (caractéristique des Staphylocoques)
Ces éléments permettent de définir en partie la bactérie.
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Plan :
A. Introduction : bactérie
B. Anatomie : structure cellulaire
I. La membrane cytoplasmique
II. La paroi bactérienne
III. La capsule bactérienne
IV. Les endospores
V. Les appendices bactériens externes
VI. Le génome bactérien
C. Physiologie : division cellulaire
I. Les nutriments
II. Les conditions environnementales
III. Les milieux de culture
D. Taxonomie bactérienne : délimitation et groupes de microorganismes
E. Génétique bactérienne
I. Les mutations
II. Les transferts latéraux de matériel génétique

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B. Anatomie : structure cellulaire
Les bactéries sont composées d'un
cytosol entouré d'une membrane
cytoplasmique, et d'une paroi.
La capsule, les endospores, les
flagelles, les pili (au singulier : pilus),
le nucléoide, les ribosomes, les
inclusions et vésicules sont des
éléments bactériens qui ne sont pas
présents chez toutes les bactéries.
•La membrane cytoplasmique est une limite mécanique, une barrière perméable sélective qui permet à
la bactérie de survivre. Elle assure également les fonctions de processus métaboliques, de transport
d'éléments et de chimiotactisme.
•La paroi assure la forme de la bactérie (cocci, bacille), elle est plus rigide et protège la bactérie.
•La capsule est une forme de résistance à la phagocytose et assure la faculté d’adhérence des bactéries.
•Les endospores permettent la résistance aux milieux extrêmes.
•Les pili ou fimbriae permettent l' attachement aux surfaces et les processus de conjugaison bactérienne.
Ce sont des appendices externes.
•Le flagelle assure la mobilité.
•Le nucléoide est le matériel génétique.
•Les vacuoles gazeuses, ribosomes, inclusions, sont trouvés dans le cytosol.
I. La membrane cytoplasmique
La membrane cytoplasmique est une limité
mécanique, une barrière perméable et
sélective (si tout pouvait renter, on aurait un
phénomène d'osmose et de lyse), qui permet
à la bactérie de survivre. Elle assure
également des processus métaboliques, le
transport d'éléments et le chimiotactisme.
Elle sépare la bactérie de son environnement.
Elle est présente chez toutes les bactéries.
La membrane plasmique est une mosaïque fluide composée d'une bicouche phospholipidique semi-perméable.
C'est une structure identique chez les eucaryotes mais la particularité est qu'on ne retrouve ni stérols ni
lecithine chez les bactéries.
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II. La paroi bactérienne
La paroi est rigide, elle enveloppe la membrane et
assure la protection et l'intégrité de la bactérie en
évitant les phénomènes de lyse. Elle est responsable
des formes rondes (cocci), allongées (bacilles), ou
mixte (coccobacille). Elle est absente des
mycoplasmes.
La paroi bactérienne est différente en fonction des bactéries. En particulier, la paroi sert à définir les bactéries
Gram positif et Gram négative.
Le composant commun aux parois est le peptidoglycane.
Composition de la paroi des bactéries à Gram positif (coloration en bleu/violet au MO) :
→ Peptidoglycane : très épais (20 à 80 nm)
→ Acides teichoïques (charge +)
→ Acides lipoteichoïques (charge -)
→ Polysaccharides neutres
→ Protéines et enzymes
Composition de la paroi des bactéries à Gram négatif (coloration en rose au MO) :
→ Peptidoglycane (3 nm, moins importante que chez les bactéries à gram+)
→ Particularité : une membrane externe ou feuillet externe de 7 – 8 nm contenant le lipopolysaccharide (LPS)
aussi appelé endotoxine, qui est un facteur de virulence et qui induit de très nombreuses maladies.
→ L'espace située entre la membrane externe et la couche de peptidoglycane est appelé périplasme.
La coloration de Gram permet d'observer ces bactéries au microscope optique. Elle consiste à ajouter de façon
séquentielle des colorants dans un ordre bien précis en respectant des temps bien définis. Cette coloration est
composée de plusieurs étapes :
•Coloration au cristal violet (aniline) → colore toutes les bactéries en violet, quelle soit Gram+ ou Gram-
•Insolubilisation au lugol (iode)
•Décoloration à l'alcool/acétone → décoloration des bactéries Gram- uniquement, car la couche plus
importante de peptidoglycannes dans la paroi des bactéries Gram+ les rend plus résistances à cette
décoloration par l'alcool.
•Recoloration à la fushine/safranine → coloration des bactéries Gram- en rose, et les bactéries Gram+
restent colorées en violet
•Lecture au microscope optique (x1000)
Donc :
–Bactéries Gram+ : bleu/violet
–Bactéries Gram- : rose
Une autre propriété très importante de la paroi bactérienne est sa perméabilité aux antibiotique. Ainsi, les
antibiotiques s'attaquant à la synthèse du peptidoglycane empêche la formation de la paroi des bactéries, ce qui
entraînera la lyse de la bactérie (antibiotiques bactéricides), car la paroi assure l'intégrité de la bactérie.
Par exemple, la pénicilline est un antibiotique de la famille des β-lactamines qui ont cette propriété.
Chez les mycobactéries, dans la paroi, le peptidoglycane est accompagné de cires (acides mycoliques et
arabinogalactanes). Ces cires sont résistantes à l'environnement acide et alcoolique et sont peu perméables, les
colorants de Gram ne passent pas, on utilise donc une autre coloration : la coloration de Ziehl-Nielsen.
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III. La capsule bactérienne
La capsule est en fait un réseau de polysaccharides structuré et
dense appelé glycocalyx. Elle n'existe pas chez toutes les bactéries,
et elle est inconstante dans une même souche de bactérie. Cette
structure n'est donc pas importante pour la survie de la bactérie, en
revanche elle joue un rôle dans la virulence.
Si la capsule est présente dans une colonie bactérienne, la culture
bactérienne prend un aspect muqueux, lisse et brillant sur le gel.
Au contraire, lorsqu'il n'y a pas de capsule, la colonie a un aspect
ruguex.
Pour mettre en évidence la capsule, on peut réaliser
une coloration particulière à l'encre de Chine : la
bactérie se colore en blanc, et la capsule en noir. Au
microscope électronique, les bactéries apparaissent
noires entourées d'un halo blanc. On peut utiliser
l'encre de Chine en urgence sur un échantillon de
LCR en cas de suspicion d'une méningite.
On peut aussi utiliser des anticorps anti-capsules. En effet les capsules sont des antigènes qui peuvent être
utilisées pour le phénotypage des bactéries ou l'élaboration de vaccins.
La capsule assure une protection de la bactérie contre les
conditions de l'environnement, et notammenet à la
dessiccation (milieu sec). Si les conditions de
l'environnement sont favorables, la capsule peut disparaître,
elle est réversible.
De plus, elle joue un rôle dans la virulence, en favorisant
l'apparition de certaines maladies, dans l'adhésion aux
muqueuses, grâce à sa riche en polysaccharides, et dans la
résistance aux défenses de l'hôte (notamment à la
phagocytose), par exemple, c'est le cas de Streptococcus
pneumoniae (pneumocoque).
IV. Les endospores
Les endospores sont des structures reproductives très résistantes à
l'environnement : chaleur, UV, désinfectant, froid, dessiccation, vide ...
Ils ermettent donc la survie en milieu extrême. Les endospores sont une
structure qui déforme la bactérie. Ils sont visibles en microscopie optique
avec le bleu de méthylène. A la coloration de Gram, ils correspondent à
des zones incolores à l'intérieur des bactéries ou un peu bombées. Les
spores peuvent être non déformante (donc non observable au MO). Toutes
les bactéries ne font pas de spores. On parle de bactéries sporulées
lorsqu'elles en font.
Il y a un problème majeur lorsqu'il s'agit de la stérilisation des prélèvements, qui se s'effectue principalement
grâce à des températures élevées (autoclave.). C'est le cas pour certaines espèces qui sont dangereusement
pathogènes comme Baccilus anthracis qui provoque la maladie de charbon, entraînant des amputations.
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V. Les appendices bactériens externes
Les appendices bactériens externes sont fixés aux membranes et à la paroi bactériennes, ils ne sont jamais
essentiels et sont donc inconstants, comme les endospores et la capsule.
a) Les flagelles
Les flagelles assurent la mobilité de la bactérie, sont visibles en
microscopie optique après coloration. Ils sont longs et forment de
fins filaments de 20 nm de diamètre pour 15 à 20 µm de long.
Ils sont composés essentiellement d'une protéine qui est la
flagelline. C'est aussi un facteur antigénique, on peut donc utilisés
des anticorps anti-flagelline dans les vaccins.
b) Les pilis
Il y a deux grands types de pilis :
→ Les pili sexuels sont présents sur certaines bactéries et permettent de faire passer une information, de la
bactérie « mâle » vers la bactérie « femelle ».
→ Les pili classiques (fimbriae) : nombreux sur les bactéries à Gram négative
•Mobilité saccadée (P. aeruginosa, N. gonorhoeae, E. coli) :
les infections urinaires causées par E. coli sont due à leurs
pili qui leur permettent de remonter les voies urinaires.
•Mobilité par glissement (myxococcales)
•Adhésion sur un support solide (colonisation)
VI. Le génome bactérien
Le génome bactérien est le support de l'information génétique.
On distingue deux structures : le chromosome bactérien (constant) et les plasmides (inconstants)
a) Le chromosome bactérien
Le chromosome bactérien est en général unique et circulaire. Il est visible en microscopie électronique.
L'ADN bicaténaire forme un nucléoïde, il s'agit du chromosome super-enroulé, associé à des protéines, de
l'ARN et des enzymes, donc le chromosome avec les outils de transcription et réplication. Il est constant.
b) Les plasmides
Les plasmides sont le plus souvent circulaires (parfois linéaires), avec une taille réduite. C'est l'ADN extra-
chromosomique. Sa réplication est autonome. Il n'est pas indispensable à la survie de la bactérienne. Il peut
être en nombre élevé de copies ou en copies limitées (le nombre de copies est contrôlé par la bactérie). Une
bactérie ne peut pas comporter deux plasmides similaires (incompatibilité). C'est un élément inconstant.
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