UE 8 - De l`agent infectieux à l`hôte. PHYSIOLOGIE BACTERIENNE.

UE 8
JJH
UE 8 - De l’agent infectieux à l’hôte. !
Date : 15/02/2017 Plage horaire : 8h30 - 10h30
Promo : P2 2016/2017 Enseignant : J.J.H
Ronéistes : Ana CALAYA / Jérôme BROTTIER / Styve HOAREAU!
PHYSIOLOGIE BACTERIENNE.
I. Métabolisme (généralités)
A. Besoins nutritifs non carbonés
B. Absorption des nutriments
1. Diffusion passive
2. Diffusion facilitée
3. Transport actif
C. L’assimilation des métaux (exemple du fer)
D. Les facteurs environnementaux
1. La pression osmotique (les solutés et la disponibilité en eau)
2. Effet du pH
3. Effet de la température
4. Métabolisme respiratoire
5. La pression (atmosphérique et hydrostatique)
6. Les radiations (UV, X, γ)
II. Conditions d’analyse et conditions environnementales
A. Croissance in vitro
1. Les milieux de culture
2. La croissance bactérienne
3. Courbe de croissance
4. Mathématiques de la croissance
B. Croissance in vivo : « la vraie vie »
1. Les biofilms
2. Coopération et conflits chez P. Aeruginosa (qui fait du quorum sensing)
III. Identification
A. Utilisation du métabolisme pour l’identification bactérienne
B. Identification moléculaire
1. Par PCR
2. Par sondes fluorescentes
3. Par électrophorèse
4. Par séquençage
C. Spectrométrie de masse
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I. Métabolisme (généralités)
Savoir de quoi a besoin une bactérie revient à savoir de quoi elle est constituée. Composition des
bactéries (en termes de % de poids sec) :
•Macroéléments (95% du poids sec des bactéries = constituants présents en grande quantité dans les
bactéries) ;
-C, O, H, N, S, P (les 6 principaux) : Constituants de base des glucides, lipides, protéines et des acides
nucléiques
-K, Ca, Mg, Fe : Aussi requis en grande quantité car indispensables au métabolisme (exemple :
cofacteurs enzymatiques)
Ces macroéléments sont indispensables aux bactéries et vont énormément impacter leur développement.
Ils seront un facteur limitant de ce dernier s’ils ne sont pas présents dans le milieu.
•Oligo-éléments ou microéléments (5% du poids sec des bactéries) : Mn, Zn, Co, Mb, Ni, Cu.
Ils sont tout aussi importants pour le développement bactérien et indispensables pour leur métabolisme,
mais en très petite quantité. La seule grande différence c’est que ces oligo-éléments sont présents
uniquement à l’état de trace dans le milieu. Nécessaires qu’en très petite quantité, les bactéries n'auront
donc aucun problème à en trouver dans leur milieu. De ce fait, ce ne sont pas des facteurs limitants de
leur développement.
Les bactéries ont besoin de ces éléments pour construire les nouveaux constituants cellulaires et pour en
tirer des sources d’énergie. Ce qui a amené à classifier les bactéries en fonction de leur besoins
trophiques selon 3 critères :
•La nature de la source de carbone utilisée pour leur développement
-Bactéries autotrophes ➔ Source minérale (exemple : CO2)
-Bactéries hétérotrophes ➔ Source organique (exemple : glucose)
•Les sources d’énergie qu’elles vont utiliser
-Bactéries chimiotrophes ➔ Source chimique (d’origine organique généralement)
Le CO2 ne pouvant pas constituer une source d’énergie, très souvent, l’autre possibilité de source
d’énergie est lumineuse.
-Bactéries phototrophes ➔ Source lumineuse (cyanobactérie notamment)
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•La source du pouvoir réducteur
-Bactéries lithotrophes ➔ Source minérale (souvent inorganique, réduite, provenant notamment de
roches)
-Bactéries organotrophes ➔ Source de molécules organiques
Toutes les combinaisons existent. Néanmoins, la majeure partie des bactéries font partie du groupe des
chimio-organo-hétéro-trophes où on retrouve notamment les bactéries pathogènes humaines et
animales.
A. Besoins nutritifs non carbonés.
•Azote (indispensable pour la synthèse des acides aminés, les glucides, les lipides, les cofacteurs
enzymatiques…), puisé dans le milieu sous forme :
-Acide aminé, ammoniaque (souvent la forme minérale), nitrate, N2 (azote atmosphérique dans
certains cas).
•Phosphore (essentiel pour les acides nucléiques, phospholipides, ATP) :
-Puisé dans le milieu extérieur, sous forme organique qui va être hydrolysé dans le périplasme et être
importé dans la cellule sous forme de phosphate inorganique ; Toujours du Pi qui est transféré
dans la cellule.
•Soufre (certains acides aminés et glucides), puisé dans le milieu extérieur sous forme de :
-Sulfate réduit (principalement)
-Cystéine (notamment quand il provient d'autres organismes vivants).
•Sels : Sodium, Potassium, Magnésium, puisés dans le milieu extérieur.
•Métaux : Fer, Zinc, Manganèse, puisés sous la forme très souvent d'ions dans le milieu extérieur.
•Facteurs de croissance (constituants nécessaires, non synthétisés par certaines bactéries par
incapacité enzymatique) doivent être puisés dans le milieu extérieur sous forme de :
-Certains acides aminés (Exemple : la leucine)
-Certaines bases azotées : purines et pyrimidines,
-Les vitamines (acide folique, biotine, B1, B2, B6, B12…).
B. Absorption des nutriments
Ces mécanismes d’absorption se font toujours de façon sélective au niveau de la membrane plasmique de
la cellule. Ils seront énormément influencés par les gradients de concentration. Les 3 principaux connus
sont la diffusion passive, la diffusion facilitée et le transport actif.
1. Diffusion passive
Elle dépend essentiellement du gradient de concentration entre le milieu
extracellulaire et le cytoplasme. Il ne nécessite pas d’énergie et ne pourra
concerner que de très petites molécules (eau, O2, CO2).
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2. Diffusion facilitée
Elle accroit la diffusion sélective de solutés à de faibles concentrations en faisant appel à des
transporteurs membranaires (exemple : perméases). La source d’énergie est uniquement liée aux
gradients de concentration.
3. Transport actif
Il se justifie lors du transport de grosses molécules. Nous verrons 3 systèmes (les mieux décrits mais pas
les seuls).
Transporteurs ABC (ATP binding cassette transporteurs)
Ces transporteurs transmembranaires formant un pore, possèdent 2
domaines de liaisons à l’ATP au niveau cytoplasmique. Il
nécessite l’utilisation de protéines fixatrices de soluté (il en
existe des différentes en fonction du soluté qu’elles sont capables
de fixer) qu’on va retrouver dans l’espace périplasmique (GRAM-)
ou attachées à la face externe de la membrane cytoplasmique
(GRAM+). Une fois le soluté fixé, elles vont venir se mettre en
contact avec la face externe du transporteur membranaire et
utiliser l’énergie de l’ATP pour permettre la translocation du soluté
dans le cytoplasme. C’est un mécanisme qui nécessite un coût
important.
Système symport/antiport
L’énergie utilisée n’est pas sous forme d’ATP.
Elle est puisée grâce à des pompes H+ au niveau de
la membrane cytoplasmique, initiant le mécanisme
en transférant les H+ du cytoplasme vers le milieu
extérieur (par couplage avec des électrons) créant
ainsi un gradient de H+ (extracellulaire) permettant
ensuite d’exporter du Na+ du cytoplasme vers le
milieu extérieur grâce à un antiport, créant un
gradient de Na+ (extracellulaire).
Le Na+ exporté va se fixer sur des symports
(transporteurs membranaires) induisant un
changement conformationel leur permettant de fixer
un soluté (spécifique d’un symport).
Une fois le Na+ et le soluté fixés sur le symport,
celui- ci va subir un changement conformationel
transférant aussi bien le Na+ que le soluté sera dans
la cellule.
L’énergie est essentiellement fournie par un
mécanisme de pompe à proton.
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Translocation de groupe (système PTS)
C’est un mécanisme qui utilise une énergie chimique qui
va être libérée en métabolisant la molécule au cours de
son transfert. Les sucres à importer (mannitol, glucose…),
vont être modifiés et l’énergie de ces modifications va
permettre la translocation de ces molécules dans la cellule.
Il en existe plusieurs mais le plus connu est le système
PTS (Phosphoenol-pyruvate-dependant Transport
System).
C’est un système phospho-relais (à phospho-
transférase) qui utilise comme point de départ, l’énergie
d’une liaison phosphate puisée à partir du PEP.
Au départ, on a du PEP intra-cytoplasmique, qui va transférer l’énergie d’une liaison phosphate vers
une 1ère enzyme, libérant du pyruvate ainsi qu’une enzyme phosphorylée.
Cette énergie va être transférée successivement de protéines en protéines. On peut avoir des
phosphorylations multiples jusqu’à arriver au transporteur membranaire qui va alors phosphoryler le
composé qui doit être importé.
Ce système PTS n’est pas systématiquement retrouvé chez toutes les bactéries. On le retrouve chez E.
Coli, Salmonella, Staphylococcus, chez de nombreuses bactéries anaérobies facultatives et quelques
anaérobies obligatoires (clostridium).
La majorité des bactéries aérobies ne possèdent pas de système PTS et ont des systèmes alternatifs à
la place. Une exception : les bactéries de type Bacillus.
C. L’assimilation des métaux (exemple du fer)
Le fer qui est retrouvé par les bactéries dans le milieu environnant est du fer ferrique (Fe3+) et elles ont
besoin de fer ferreux (Fe2+).
Le Fe3+, insoluble dans le milieu extérieur, a besoin d’être
solubilisé pour être importé dans la cellule. Les cellules vont le
solubiliser en utilisant des sidérophores (molécules sécrétées)
qui vont se complexer avec les Fe3+ et des récepteurs de
sidérophores vont reconnaître le complexe (sidérophore + fer
ferreux). Chez les bactéries GRAM- ces récepteurs aux
sidérophores se trouvent au niveau de la membrane externe
permettant le transfert de tout le complexe dans le périplasme.
Il existe des canaux qui permettent ensuite soit de libérer
directement le Fe2+ et permettre son transport direct dans le
cytoplasme de la bactérie (souvent GRAM +), ou alors il existe
des canaux au niveau de la membrane cytoplasmique permettant
le transfert (consommant de l’énergie sous forme d’ATP) de
l’ensemble du complexe (Exemple : transporteur de type ABC).
Une fois dans la cellule, le complexe va se dissocier et le Fe3+ se
transformera en Fe2+.
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