LES BACTERIES - IFSI

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Les microbes
Microbiologie médicale
Professeur Guillaume Arlet
Groupe Hospitalier Est Parisien, AP-HP
Faculté de Médecine, UPMC
Cours IFSI 2015 Semestre
1
Généralités sur les
infections nosocomiales
Pr Guillaume Arlet
Département de Bactériologie
Diaporama préparé par le Pr Jérôme Robert
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Définition
Micro-organismes
Etres vivants microcopiques
 Uniquement visible qu’au microscope
 Premiers êtres vivants sur terre
 Environ 3 à 4 miliards d’années

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Arlet
Evolution en millions d’année
4500
3000
2000
1000
0
Archaebactéries
Cellule
eucaryote
9
E. coli
0,03
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Classification des microbes



Etres unicellulaires : protistes
La division cellulaire génère deux individus
Protistes eucaryotes (vrai noyau)
 Protozoaire
 Algues
 Champignons

et levures
Protistes procaryotes
 Bactéries

Acaryotes : virus
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LES BACTERIES : Définition
Etre vivant, unicellulaire, de petite taille
(généralement 1 micro de diamètre et quelques microns de longueur).
Cellule procaryote donc dépourvue d’un véritable noyau :
absence de membrane nucléaire, chromosome unique en général.
Paroi rigide faite d’un constituant spécifique : peptidoglycane ou mureine.
Classification est fondée sur les caractères
morphologiques,
tinctoriaux,
biochimiques,
antigéniques
génétiques
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Arlet
Structure générale
Pili sexuel
Flagelles
Membrane cytoplasmique
Pili communs
Paroi
Capsule
Ribosomes
Chromosome
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Arlet
Rôle du peptidoglycane
Propriétés du Peptidoglycane
•forme et rigidité de la bactérie
•affinité tinctoriale selon l’épaisseur :
•
coloration de Gram
•sensibilité au lysozyme, aux antibiotiques
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Bactérie à Gram positif
Bactérie à Gram négatif
LPS
Acides téchoiques
Membrane externe
Porine
peptidoglycane
espace périplasmique
Membrane cytoplasmique
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Autres composants de la paroi bactérienne
Membrane externe (Gram -) :
lipopolysaccharide (LPS), endotoxine, antigène somatique O
Membrane interne (Gram -) ou cytoplasmique (Gram +) :
barrière osmotique
métabolisme énergétique.
Capsule (inconstante) : polysaccharidique,
virulence, (opsonisation) : S. pneumoniae
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Appendices externes
Flagelles
:
15 à 20µ de long Mobilité
Protéine antigénique : antigène H
Implantation
Polaire
Péritriche
Monotriche
Lophotriche
Pili. : 0,2 à 5 µ de long
Structure et fonctions :
poils raides, en protéine,
sexuels (transfert génétique),
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communs (adhésion) : Escherichia coli, Neisseria gonorrheae
G. Arlet
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Spore : chez bacilles à gram positif
Bacillus, Clostridium
Formation : sporulation (intracytoplasmique)
sécheresse, chaleur, appauvrissement du milieu
formation de la préspore, maturation, germination
Fonction
Conservation du patrimoine génétique
résistance aux agents physiques et chimiques.
Température, chaleur (100°C),
UV, Rayons X, agents chimiques
Stérilisation : Chaleur humide à 120°C
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LES CONSTITUANTS INTERNES
Cytoplasme
Acide désoxyribonucléique :
Chromosome, ADN surenroulé
Plasmide
Réplication sur les deux brins (< 20 min.)
Acides ribonucléiques :
messager,
de transfert,
Ribosomal
Small ARN
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Morphologie quelques exemples
Bacilles gram –
mobiles péritriches
Coques Gram + en amas
Bacilles Gram capsulés
Coques Gram + en chainettes
Bacille Gram –
mobile polaire
Diplocoques Gram + capsulés
Vibrions, Campylobacter
Spirilles
Bacilles Gram + sporulés
Tréponème
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LA CROISSANCE
Conditions physicochimiques
- Température
bactéries mésophiles - optimum de 20°C à 40°C.
certaines bactéries (psychrophiles) cultivent mieux à 4°C.
bactéries thermophiles
-pH
en général optimum de croissance à la neutralité
-Pression osmotique
saumure (NaCl > 30 %) empêche la croissance
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LA CROISSANCE
- Pression partielle d’02
type respiratoire :
Aéro Anaerobie
Aérobie
Microaérophile
Anaérobie
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LA CROISSANCE
Quelques exemples de temps de génération
Escherichia coli : 17 minutes
Staphylococcus aureus : 30 minutes
Lactobacillus acidophilus : 75 minutes
Mycobacterium tuberculosis : 20 heures
Treponema pallidum : 33 heures
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Génétique :
Les outils de l’évolution bactérienne


Mutation
Acquisition d’ADN étranger





Transformation
Transduction
Conjugaison
Transposons conjugatifs
Remodelage interne


Séquences d’insertion
transposons
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CARACTERES DES MUTATIONS
1/ Rareté : 1 individu sur 106-108
2/ Spontanéité
La bactérie mutante pré-existe au sein de la population
avant même tout contact avec l’agent sélectif
3/ Discontinuité
La modification s’effectue en une seule étape selon la loi du tout ou rien,
4/ Stabilité et transmissible à la descendance.
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Plasmides
Gènes de résistance
Gènes de virulence
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CONJUGAISON
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Flores bactériennes
humaines
Pr. Guillaume ARLET
UFR de Médecine
Université Pierre et Marie Curie
Homme et bactéries
quelques notions
Homme : 1013 cellules eucaryotes et 1014 bactéries
Nouveaux nés : stériles à la naissance
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Flores humaines : quelques définitions



Flore commensale (cum mensa)
Flore saprophyte
Flore transitoire
Notion de virulence


Bactérie pathogène stricte
Bactérie pathogène opportuniste
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Les flores humaines
Flores humaines
• peau : 102-106/cm2
•
•
•
•
rhinopharynx 108/ml
oropharynx : 108/ml
digestive : 102-1011/g
vagin : 108/ml
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Le corps humain
Les régions stériles
• trachée, bronches, poumons
• sous la peau
• les urines
• séreuses et organes
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Flore bactérienne cutanée



La peau est située en première ligne dans la défense visà-vis des infections.
La flore cutanée normale a un rôle de protection contre
les infections par plusieurs mécanismes : l’interférence
bactérienne, la production d’acides gras, et même par la
production de peptides antimicrobiens.
Plus de 200 espèces bactériennes identifiées
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Variation quantitative
de la flore cutanée

Régions sébacées : 105-106/cm2




Régions humides : 106-107/cm2





De part et d’autre des narines,
Régions pileuses
Conduit auditif externe
Aisselles
Périnée
Espaces interdigitaux
Nombril
Régions sèches : 102/cm2
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Flore aérienne supérieure
Rhinopharynx





Oropharynx
Staphylocoque doré (orifices narinaires en particulier)
Streptocoques, dont S. pneumoniae
Haemophilus, dont H.influenzae
Neisseria (éventuellement Neisseria meningitidis dont
le portage est transitoire)
Anaérobies, corynébactéries, lactobacilles.
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Flore digestive humaine
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Flore digestive humaine : rôle
1.
Commensalité


2.
Participation à la digestion alimentaire
Synthèse de vitamines (K, folates, B)
Résistance à l’infection
Effet de barrière




Bactériocines
Encombrement stérique
Métabolites toxiques
Déplétion alimentaire
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Effet de barrière
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Flore vaginale





Les lactobacilles acidophiles (bacilles de Döderlein),
par leur sécrétion d'acide lactique entretiennent un
pH bas qui limite la flore de colonisation et permet la
fécondation).
Streptocoque (Streptocoque B essentiellement)
Corynébactéries
Bifidobacterium.
Après
la
ménopause,
les
anaérobies
et
entérobactéries sont plus abondantes.
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Flore bactérienne et antibiotiques




Flore commensale habituellement sensible
Flore soumise à pression de sélection
Émergence de la résistance
Transfert de la résistance
 Transformation
(acquisition d’ADN nu)
 Conjugaison (acquisition de plasmides R)
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Flore bactérienne
et système immunitaire


Système immunitaire et flore digestive
La flore digestive permet le développement
du système immunitaire digestif et sa
stimulation permanente
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Conflit hôte-bactérie
notion de virulence


Apport constant de bactéries extérieures
Pas d’implantation dans la très grande
majorité des cas

Rarement maladies infectieuses

Origine commensale parfois
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Bactéries pathogènes
la tenue de combat
Pili sexuels
Pili communs
Peptidoglycane
Flagelles
internalines
sidérophores
cytotoxines
LPS
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capsule
Bactéries pathogènes : la tenue de combat
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Conflit hôte-bactéries
critères de virulence
Propriétés
Infection
Bactéries virulentes
Bactéries opportunistes
Immunocompétent
Immunodéprimé
Rupture des barrières
Dose infectante
faible
forte
Pathogénicité
forte
faible
oui
non
Hôte
Persistance
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Conflit hôte-bactérie
Bactéries virulentes/doses infectantes
Dose
Voie de
infectante pénétration
Bactérie
Maladie
Salmonella typhi
Fièvre typhoïde
≤ 105
orale
Shigella dysenteriae
Dysenterie
bacillaire
10
orale
Mycobacterium tuberculosis
Tuberculose
1-10
respiratoir
e
Yersinia pestis
Peste
1-10
piqûre
Rickettsia prowazeki
Typhus
1-10
piqûre
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Pouvoir pathogène bactérien






Pénétration dans l’organisme
Multiplication locale
Expression de la pathogenicité
Diffusion dans l’organisme
Résistance au système immunitaire
Persistance dans l’organisme
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Expression du pouvoir pathogène
Bactéries
« toxiques »
« invasives »
pénétration
Oui
Oui
multiplication locale
+++
+
toxines
+++
+/-
diffusion
Non
+++
intoxination
infection diffuse
symptomatique
antibiotique
tableau
traitement
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Les outils de la virulence

Implantation : adhésines, pili

Production de toxines très puissantes

Pénétration intracellulaire : internalines

Destruction tissulaire enzymes : cytotoxines

Résistance à la phagocytose et au complément :
capsule et lipopolysaccharide

Captation du fer : sidérophores

Survie intracellulaire
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Les pathogènes opportunistes


Pathogènes car diminution des défenses
« Immunodépréssion »
 Maladies
du sang, cancer, etc…
 Age : NN et personnes agées
 Terrain : diabète, alcoolisme, insuffisant
respiratoire
 Iatrogène : sondage, KT, réanimation
 Médicaments : corticoides, AINS
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Choléra : l’agent pathogène

Vibrio cholerae
à Gram  halophile
 très mobile
 vit dans les eaux alcalines salées
 Épidémies
 Circonstances de survenue
 Bacille
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Choléra : le tableau clinique
Diarrhées profuses
 Selles « eaux de riz » très liquides
 Déshydratation
 Décès
 Traitement par réhydratation

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Choléra : la physiopathologie
NaCl
ClHCO3-
Protéine G
kinase
AMPc
ATP
Adénylate cyclase
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Le Tétanos
Quel est mon nom ? : Clostridium tetani
 Qui suis je ? : un bacille gram + anaérobie
 D’ou viens-je ? : le cheval est mon ami
 Pourquoi je résiste ? : je sporule
 Que fais-je ? : je donne le Tétanos

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Le Tétanos
Plaie cutanée
 Germination
 Multiplication locale
 Elaboration de la toxine
 Blocage de la transmission
des neurotransmetteurs
 Paralysie et asphyxie

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Les Salmonelles




Adhésion aux cellules jéjuno-iléales
Invasion par invasine qui
reconnaissent les intégrines des
cellules
Réarrangement du cytosquelette
Persistance, survie et multiplication
dans le phagosome
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Les Shigelles


Pénétration par les cellules M
Invasion par le complexe IpaB-IpaC secrété par
un système de sécrétion de type 3

Ipa (invasion plasmid antigen)

Lyse des phagosomes

Apoptose des macrophages

Pénétration des autres cellules épithéliales
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Les Shigelles
Cellule épithéliale
Cellule M
Caspase 1
apoptose
IL-1ßactivé
Macrophage
Polynucléaire
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Les pathogènes opportunistes


Pathogènes car diminution des défenses
« Immunodépréssion »
 Maladies
du sang, cancer, etc…
 Age : NN et personnes agées
 Terrain : diabète, alcoolisme, insuffisant
respiratoire
 Iatrogène : sondage, KT, réanimation
 Médicaments : corticoides, AINS
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Staphylococcus aureus





Portage nasal chez 10 à 40% des
individus
103 à 104 / cm2
60% des individus sont porteurs de
manière intermittente
Durée du portage de plusieurs mois à
plusieurs années
Autres sites :vagin, périnée, peau, plaies
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Staphylococcus aureus
S. aureus expriment de nombreux facteurs de virulence

1ère étape colonisation de la peau et des muqueuses





rôle des acides lipoteichoïques
Pénétration par effraction ou brûlure
Colonisation des tissus sous jacents
Résistance à la phagocytose
Élaboration de toxines
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Staphylococcus aureus




Multiplication et Dissémination
Sidérophores en phase post exponentielle de
croissance
Coagulase qui se lie à la prothrombine qui se
transforme en thrombine activée qui transforme
le fibrinogène en fibrine
Staphylokinase qui fragmente le caillot en envoie
des micro-embols septiques dans la circulation
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Staphylococcus aureus
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Escherichia coli

E. coli responsables d’infections intestinales






ETEC E. coli enterotoxinogènes
 Epidémies enfants pays EVD, diarrhées du voyageur (turista)
EPEC E. coli entéropathogènes pays EVD
 Diarrhées aigueset chroniques dans les écoles et les crèches
EIEC E. coli entéroinvasifs
 Syndromes dysentériques
EHEC E. coli entérohémmoragiques
 Colites hémmorragiques et SHU
EAggEC E. coli entéroaggrégatifs
 Diarrhées chez nourrissons et enfants pays EVD
DAEC E. coli Adhésion diffuse
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Escherichia coli
infections extraintestinales
 Infections
urinaires, pyélonéphrites
 Méningites néonatales
 Cholécystites
 Septicémies
 Infections suppuratives diverses
ExPEC
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Escherichia coli

Adhésion par







Hémolysines A (opéron à 4 gènes)
Toxine dermonécrotique CNF 1
Sidérophores



FimH
P fimbriae (opéron pap),
S fimbriae
Adhésine non fimbriale (Afa)
Capsule K1 : résistance à la phagocytose
Cytotoxines


ExPEC :
aérobactine,
yersiniabactine
Recepteurs de ces sidérophores (IutA, FyuA)
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Transmission des bactéries
Réservoirs
 Modalités de transmission

 Directe
 Indirecte
Les infections liées aux soins
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Réservoirs
- Strictement humain
selon la matière infectante
* selles (fièvre typhoïde, diarrhées)
* sécrétions génitales (maladie vénérienne, IST)
* chancre (maladie vénérienne, IST)
* air expulsé (méningococcie, charbon, tuberculose)
* accouchement (fièvre puerpérale)
- animal
- autres
* salive (pasteurellose)
* délivrance
* lait
* carcasses (ganglions)
* eau (choléra.........)
* aliment (TIAC, Listeria........)
* ectoparasites (maladies vectorielles)
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Transmission - Voies de contamination
. directe
* homme à homme
- gouttelettes : méningocoque, bacille tuberculeux
- main (dysenterie bacillaire, S. aureus, ILS)
- contact vénérien
- mère à enfant (transmission verticale)
* animal à homme
- morsure, griffade, léchage
- contact direct (maladie professionelle)
* ectoparasites
- morsure de tiques (borréliose de Lyme)
- puces, poux.......
. indirecte
* eau, aliments (Brucella, Salmonella, Listeria........)
* air (Coxiella burnetii.......)
* autres (étables.......)
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La transmission manuportée
Cause de transmission des ILS
 Malades fragiles
 Malades en réanimation
 Transmission en ville
 Transmission des BMR

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Antibiotiques
Modes d’action
Mécanismes de résistance
Consommation Antibiotiques
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Définition
Agents antibactériens naturels ou obtenus par synthèse ou par
semi-synthèse présentant une activité :





liée à un mécanisme d’action spécifique
exercée à de faibles concentrations
sur certaines espèces bactériennes (spectre d’activité large ou
limite)
relativement lente
bactériostatique ou bactéricide
une toxicité sélectivement dirigée contre les bactéries
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CLASSIFICATION :

Par famille et la structure chimique de base
 ß-lactamines,
 aminosides,
 quinolones

Par le spectre
 Gram
+/ Anti-pseudomonas

Par mécanismes d’action
 Paroi
 Acides
nucleiques
 Synthèse protéique
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Antibiotiques et Bactéries










ß-lactamines
Aminosides
Fluoroquinolones
Tetracyclines
Trimethoprime & sulfamides
Chloramphenicol
Rifampicine
fosfomycine
Gram -
Macrolides
Glycopeptides
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Gram +
Cibles potentielles des antibiotiques
Porines
Membrane
externe
Peptidoglycane
Peptidoglycane
PLP
Membrane
cytoplasmique
Pompes efflux
ADN
ARN
Ribosomes
Protéines
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MECANISMES D'ACTION DES ATB - CIBLES
Mécanisme d'action
Familles d'ATB
Inhibiteurs de la synthèse de
la paroi bactérienne (PG)
Inhibiteurs de la synthèse
des protéines
-lactamines (PBP)
Glycopeptides (D-Ala-D-Ala)
Fosfomycine (précurseurs)
Aminosides
Tétracyclines
Chloramphénicol
Macrolides
Inhibiteurs de la synthèse des AN
ou du fonctionnement de l’ADN
• synthèse des précurseurs
Sulfamides
• réplication de l'ADN
Quinolones
• inhibition de l'ARN polymérase
Rifampicine
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Résistance acquise de souche
Une bactérie est dite résistante par événement
génétique acquis lorsqu’elle peut croître en
présence de concentration d’antibiotique plus
élevée que la concentration qui inhibe les
souches normales de l’espèce
Population « normale »
Population R
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SUPPORT GENETIQUE DE LA
RESISTANCE ACQUISE
CHROMOSOMIQUE
Mutation
PLASMIDIQUE ou TRANSPOSABLE
Spontanée, rare, stable,
Spécifique de l’ATB
ou d’une famille
Transmission
verticale
+/- stable
Transmission
verticale
 Dissémination de la R
= descendance
= épidémies de souches
horizontale
même espèce ou
espèces
différentes
 Dissémination de la R
= épidémies de souches
de plasmides, de gènes
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MECANISMES DE RESISTANCE ACQUISE
AUX ANTIBIOTIQUES
Modification de la cible
Défaut de liaison entre ATB et cible =
AFFINITÉ
 Inactivation de l’ATB = SYSTÈME ENZYMATIQUE
 Nouvelle voie de synthèse : BY PASS
 Efflux actif = EXCRÉTION
 Défaut de pénétration de l’ATB = IMPERMÉABILITÉ
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SARM AP-HP
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S. pneumoniae en France
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Résistance d’E. coli aux C3G
2002
2,1%
0,8%
5,7% 1,6%
1,9%
17,9%
2,9%
6,4%
2012
13,1%
30,7%
10
%
25,1%
13,5%
Source : EARSnet
26,3%
16,2%
Carbapénémases
Pip
Tic
Amx
Tz

Classe A : KPC
New-York, Grece, Israel
 K. pneumoniae (50%), E. cloacae, E.

Fox
Ctx
Amc
coli
Caz


Classe B (MBL) : VIM, (IMP), (NDM)

Cf
Atm
Fep
Tcc



Ma
Mox
Imp
Cas d’importation : Paris
Italie, Grèce, Tunisie
K. pneumoniae, E. coli, P. aeruginosa
Cas d’importation : Paris
Classe D : OXA-48; OXA-23/-58/40
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Mise en évidence des bactéries
Pr Guillaume Arlet
Faculté de Médecine Pierre et Marie Curie, UPMC
GH Hôpitaux Universitaires de l’Est Parisien, AP-HP
Rôle du laboratoire de Bactériologie médicale

Caractérisation de la bactérie responsable du
syndrome infectieux
 Méningites
 Pneumonies
 Infections
urinaires
 Angines
 Septicémies
 Infections
gynécologiques
 Cholécystite
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Origine bactérienne du sepsis ?

Infections virales :
 angine,
 syndrome
grippal,
 méningites

Infections parasitaires :
 Diarrhées
sanglantes
 Paludisme
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Infections bactériennes
et syndrome inflammatoire

Bactéries:
 réaction

Virus
 réaction

macrophages et polynucléaires (pus)
macrophage et lymphocytes
Parasites
 réaction
à P. oesinophiles
Pb des bactéries intracellulaires :
réaction lymphocytaire
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Les grandes étapes de l’identification
bactérienne

Examen direct au microcope : 1 heure
 Cytologie,
 coloration
de Gram, morphologie
Culture : 24 heures
 Identification : 24-48 heures
 Etude de la sensibilité aux antibiotiques
: 24-48 heures

Cours IFSI 2015 S1 Pr G. Arlet
Un bon prélèvement
Méningites: LCR par ponction lombaire
 Pneumonies : ECBC, Aspiration
bronchique
 Infections urinaires : ECBU
 Sepsis grave : hémocultures
 Cholécystite : prélèvement opératoire
 Angine : écouvillonage pharyngé

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Un bon prélèvement
Stérilité : ECBU, LCR, Sang
 Problèmes des flores normales humaines

 ORL
 Digestive
 Gynécologique
 Cutanée

Problème des bactéries fragiles et anaérobies
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Quelques prélèvements
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Rappel sur la paroi bactérienne
Bactérie à Gram positif
Bactérie à Gram négatif
LPS
Acides téchoiques
Membrane externe
Porine
peptidoglycane
espace périplasmique
Membrane cytoplasmique
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Morphologie quelques exemples
Bacilles gram –
mobiles péritriches
Coques Gram + en amas
Bacilles Gram capsulés
Coques Gram + en chainettes
Bacille Gram –
mobile polaire
Diplocoques Gram + capsulés
Vibrions, Campylobacter
Bacilles Gram + sporulés
Spirilles
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Tréponème
ECBU à Escherichia coli
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Hémoculture à Campylobacter
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Méningite à méningocoque
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Endocardite à Streptocoque
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Culture

Différents milieux




Température


Standard
Enrichis (sang frais, sang cuit)
Sélectif
37, 30, 44
Atmosphère :



normale,
CO2,
anaérobie
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Les modalités de l’isolement
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Un isolement parfait
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Isolements sélectifs
Gélose de Chapman
pour S. aureus
Gélose de Drigalski
pour entérobactéries
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Milieux enrichis
Gélose au sang frais
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Gelose Chocolat
Identification bactérienne

Méthodes biochimiques
 Mise
en évidence de métabolites
 Fermentation des sucres

Méthodes antigéniques
 Mise

en évidence d’antigènes de surface
Méthodes moléculaires
 PCR
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Identification biochimique
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Identification antigénique
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Antibiogramme
0,25 2
8
32
32
8
2
0,25 2
J0
0,25 2
8
32
32
0,25
8
2
0,25
8
32
32
8
2
0,25
J+1
0,25 2
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8
32
32
8
2
0,25
Antibiogramme BMR
AM
X
C
F
FE
P
MO
X
TI
C
M
A
AM
C
CA
Z
TZ
P
PI
P
CX
M
FO
X
TC
C
CT
X
AT
M
IP
M
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Apport de la biologie moléculaire à la
bactériologie médicale

Diagnostic rapide d’un syndrome : méningites

Diagnostic rapide d’une bactérie de culture lente

Identification bactérienne

Épidémiologie moléculaire
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Les grands problèmes actuels

Pays très pauvres



Choléra, Tuberculose, Lèpre
Diarrhées, Pneumonies
Pays riches



Tuberculose, E. coli, S. aureus, P. aeruginosa
Pneumonies, IST
Infections liées aux soins, Légionellose
Un problème majeur émergent dans le monde
La résistance aux antibiotiques
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