Université Saad Dahleb de Blida 2011/2012 Faculté
publicité
Université Saad Dahleb de Blida Faculté de médecine Département de chirurgie dentaire 2eme année chirurgie dentaire Module de microbiologie Dr S.OUKID 2011/2012 Introduction au monde microbien et anatomie fonctionnelle de la bactérie Plan du cours : I. Introduction au monde microbien 1. Historique 2. Place des micro-organismes dans le monde vivant 3. Généralités sur le monde bactérien Anatomie fonctionnelle de la bactérie II. A-MORPHOLOGIE DE LA BACTERIE B - STRUCTURE DE LA BACTERIE : 1. Eléments obligatoires : a) Appareil nucléaire ou chromosome bactérien b) Cytoplasme c) Membrane cytoplasmique d) Paroi bactérienne : structure et rôle 2. Eléments facultatifs a) Glycocalyx b) Flagelles ou cils c) Pilis d) Plasmides C-BIOFILM D-SPORE Bibliographie : - Généralité : structure générale des bactéries , anatomie fonctionnelle des bactéries et application au diagnostic, Dr YALA Le monde microbien, Pr NAIM Le monde microbien, les virus et le fonctionnement de l’écosystème, CNRS, 2010 I- Introduction au monde microbien Les microorganismes sont des êtres vivants invisibles à l’œil nu. Sous ce terme, sont regroupés virus, bactéries, protozoaires, algues et champignons microscopiques. Ils sont ubiquitaires et représentent la biomasse la plus importante de la Terre. Ils sont indispensables à l’équilibre de la biosphère en participant aux cycles élémentaires de la nature. Ils peuvent être bénéfiques et utiles tout autant que néfastes. On considère qu’ils sont apparus il y a environ 3,8 milliards d’années et leur mise en évidence, qui a bénéficié des progrès de l’optique, remonte au XVIIe siècle. Les bactéries et les virus omniprésents dans l’environnement, presentent un problème en médecine humaine par leur grande virulence et leur capacité de provoquer des infections graves ( ex : hépatite virale C) même mortelles (ex : tétanos) , se sont des bactéries ou virus pathogènes. Toutefois, certaines bactéries vivent à l’état saprophytes dans l’environnement ou à l’état commensal dans les flores de l’homme, sont non pathogènes En chirurgie dentaire, où on est constamment confronter au risque infectieux et aux risque de complications infectieuses liées aux soins dentaires, on doit connaitre l’agent infectieux pour pouvoir le combattre et éviter l’infection. 1- Historique Le mot « MICROBE » signifie « être vivant microscopique » (SEDILLOT - 1878) L'existence d'un monde microbien fut méconnue jusqu'à l'invention du microscope au début du XVIIème siècle La découverte des micro-organismes est attribuée au hollandais Antonie VAN LEEVENHOEK (1632 - 1723), marchand de la ville de Delft, qui-observa, au moyen d'un microscopie rudimentaire de sa fabrication, un grand nombre de particules invisibles à l‘oeil nu, qu'il appelait « animalcules » Parmi ces micro-organismes extrêmement petits, il décrivit des formes diverses (sphères, bâtonnets, spirilles) correspondant aux principales variétés morphologiques des bactéries La microbiologie médicale est née dans la 2eme partie du XIXeme siècle avec les travaux de Louis PASTEUR et Robert KOCH qui démontrèrent le rôle des micro-organismes dans la transformation de la matière organique (fermentation) et dans les maladies 2- Place des micro-organismes dans le monde microbien Les microbes ne sont ni des animaux, ni des végétaux, ils appartiennent à un 3eme règne crée par Haeckel ; celui des Protistes. Les protistes sont des êtres généralement unicellulaire (parfois pluricellulaires mais différenciation tissulaire) et se subdivisent en deux groupes : - Les protistes supérieurs ou EUCARYOTES : sont des cellules identiques aux cellules animales ou végétales avec un vrai noyau et les différentes structures retrouvées dans le cytoplasme. - Les protistes inferieurs ou PROCARYOTES : sont des cellules atypiques avec un noyau primitif sans membrane nucléaire et dépourvues de nombreuses organites cytoplasmiques ( bactéries, algues bleues , cyanophycées). Les bactéries se distinguent des cellules eucaryotes, vegetales et animales non seulement par leur petite taille ( 1-10 micromètre), mais aussi par leur structure particulières essentiellement l’absence de membrane nucléaire et leur mode de division ( par scissiparité). Au cours de l’évolution la bactérie à garder sa petite taille et aurait acquis une paroi alors que la cellule eucaryote aurait augmenté de taille en même temps que des formations particulières sur différenciaient à l’intérieur de la cellule ( la membrane nucléaire, organite intra cytoplasmiques, appareil de Golgi…..). La bactérie se distingue des virus qui sont généralement de taille encore plus petite essentiellement par l’existence en elle à la fois d’ADN et d’ARN alors que les virus n’ont qu’un seul type d’acide nucléique. Les virus sont incapables de réplication autonome, se sont des parasite intracellulaires obligatoires des cellules eucaryotes ou procaryotes (bactériophages) . 3- Généralités sur le monde bactérien Les bactéries sont des micro-organismes le plus souvent unicellulaires. Très diverses dans leur écologie, leur morphologie, leur physiologie et leur pouvoir pathogène . Elles représentent néanmoins des caractères structuraux et fonctionnels de base communs qui permettent de définir et de délimiter le monde bactérien. Depuis le milieu de XXo siècle ; l’étude des bactéries a considérablement progresser, tant sur le plan structural que sur le plan physiologique. Largement répandu dans le sol et les eaux, elles jouent un rôle fondamental dans le cycle de la matière : - Interviennent dans l’équilibre biologique des espèces, Constituant un outil préféré des généticiens (les bactéries constituent un système génétique simple,) En perpétuel compétition avec les autres êtres vivants. L’étude générale des bactéries va nous montrer les corrélations entre structures et fonctions chez ces micro-organismes. Leur « anatomie » permet de comprendre d’une part, leur capacité de résistance dans le milieu extérieur, d’autre part leur pouvoir de synthétiser des molécules indispensables a leur croissance et leur multiplication. Mais des changements peuvent survenir. Adaptation au milieu ambiant ( spore), modification génétique (mutation, plasmide) sont des facteurs de variabilité qui retentissent sur les caractères phénotypiques. II- Anatomie fonctionnelle de la bactérie Au microscope optique : On observe la plupart des bactéries. La morphologie ou la configuration externe et les groupements caractéristiques des bactéries ont pu ainsi être minutieusement décrit pratiquement dés leur découverte. Ces caractères ont pendant longtemps tenu une grande place dans l’identification et la classification des bactéries. Par contre l’étude de la structure « fine » des constituants internes de la cellule bactérienne n’a été entreprise qu’après l’apport de la microscopie électronique . Parallèlement aux connaissances acquises sur l’aspect structural, ont été établies des corrélations entre chaque élément de structure et une ou plusieurs fonctions spécifiques. Ainsi est née une véritable « anatomie fonctionnelle » des bactéries. MORPHOLOGIE DE LA BACTERIE Les bactéries apparaissent comme des corpuscules sphériques ( coque ou cocci) ou cylindriques ( bacilles) ou incurvées ( ex de bactéries : vibrions cholérique) ou hélicoïdales ( ex : spirochètes et tréponèmes) dans la plus grande dimension n’excède pas généralement 4 micromètre en moyenne . L’étude morphologique des bactérie peut être effectué au microscope optique soit à l’était frais soit après coloration ( voir les diaporamas du cours) Pour les différentes formes des bactéries : voir diaporamas du cours. STRUCTURE DE LA BACTERIE La bactérie est une cellule vivante constituée d’éléments obligatoires et d’éléments facultatifs. Les éléments obligatoires sont : appareil nucléaire ou chromosome bactérien, cytoplasme, membrane cytoplasmique et la paroi bactérienne Les éléments facultatifs sont : le glycocalyx , les flagelles ou cils , les pilis et les plasmides Une dernière structure : la spore qui s’individualise par le fait qu’elle représente à elle seule une bactérie entière mais sous un aspect différent Les bactéries ont la capacité d’adhérer sur n’importe qu’elle surface formant des biofilms . si ils se forment à la surface de la dent, les biofilms sont à l’origine de la formation de plaque dentaire qui évoluera vers la carie dentaire. 1- Eléments obligatoires a- Appareil nucléaire ou chromosome bactérien Représenté par un SEUL chromosome circulaire, constitué d’une molécule d’ADN bi caténaire en double hélice. Il mesure en général prés de 1000 fois la longueur de la bactérie. L’appareil nucléaire constitue le support de l’information génétique. De la taille du génome dépendent en très grande partie les capacités métaboliques des bactéries. C’est ainsi que les souches possèdent les génomes les plus petits ont des capacités enzymatiques limités ( germes exigeants) alors que celles qui disposent d’un génome plus grand disposent d’activités enzymatiques multiples ( germes non exigeants pour leur croissance). b- Cytoplasme Le cytoplasme des procaryotes présente une structure simplifiée par rapport au cytoplasme des cellules procaryotes. Il n’existe pas de réticulum endoplasmique, ni d’organites tels que les mitochondries, les chloroplastes, l’appareil de Golgi, les lysosomes. Il est composé d’une masse amorphe assez dense aux électrons. Il reste à l’état de gel permanent. Nettement délimité par la membrane cytoplasmique, il est essentiellement constitué de ribosomes et de diverses inclusions. c- Membrane cytoplasmique Enveloppe mince composée de bicouche lipidique et de protéines membranaires (intégrées ou périphériques) La membrane cytoplasmique est en contacte soit avec le cytoplasme soit avec l’espace péri plasmique Membrane cytoplasmique des bactéries ne contient pas des stérols sauf celle des mycoplasmes Elle joue un rôle essentiel dans la vie de la bactérie. C’est une membrane semi-perméable qui règle les échanges entre le cytoplasme et le milieu extérieur : - Concentration de substance dans le cytoplasme jusqu’à 500 fois par rapport à la concentration du milieu extérieur - Régulation osmotique permettant à la bactérie de conserver ses ions essentiels - Régulation métabolique grâce à une perméabilité sélective - Certaines molécules diffusent passivement à l’intérieur de la bactérie, d’autre nécessitent un transport actif utilisant des enzymes spécifiques appelées Perméases. Ces dernières assurent l’entrée spécifique et active de substances déterminées utiles au métabolisme bactérien. - Excrétion de diverses substances par la bactérie comme les enzymes extracellulaire et les exotoxines libérées par la bactérie. L’excrétion de ces substances peut intervenir dans le pouvoir pathogènes des bactéries. - D’autres part, la membrane cytoplasmique est le siège des enzymes respiratoires ( la chaine respiratoire) apparaissant ainsi comme l’équivalent fonctionnel des mitochondries des cellules eucaryotes ( à retenir) . d- La paroi bactérienne La paroi bactérienne est une structure rigide retrouvée de manière quasi-constante . seuls les mycoplasmes (espèce bactérienne naturellement dépourvue de paroi) n’en possèdent pas. - Structure de la paroi : L’affinité tinctorial de la bactérie après coloration de Gram permet l’étude de la paroi bactérienne : on distingue les bactéries qui retiennent les colorants : bactéries à Gram positif de couleur violet , et les bactéries qui ne retiennent pas les colorants : bactéries à Gram négatif de couleur rose. La coloration de Gram se fait en 4 temps : coloration au violet de gentiane , fixation au lugol , décoloration par l’alcool et contre coloration à la fuchsine . L’ultra structure de la paroi montre qu’elle est constitué d’un élément structural essentiel et prédominant est : LE PEPTIDOGLYGANE (rigidité de la paroi et le maintien de la forme de la bactérie). la paroi des Gram positif est plus épaisse que celle des Gram négatif , car elle contient plus de peptidoglycane. La paroi des Gram positif est épaisse et contient 40 à 95% de peptidoglycane melangés à des acides teichoiques . le rôle des acides teichoiques pourrait être : récepteur des bactériophages . Certaines bactéries à Gram positif possèdent des polysaccharides et des protéines, en plus. Par contre, la paroi des Gram négatif sont composé d’une couche mince de peptidoglycane au dessus de la quelle se présente une membrane externe composé d’une bicouche lipidique mélangée à des protéines membranaires (porines) et des lipopolysaccharides LPS (support de antigenicité bactérienne et facteur de virulence :endotoxine) . le peptidoglycane et la membrane externe séparé par un espace periplasmique où est libéré les enzymes bactériennes notamment les enzymes qui inactivent les antibiotiques. La paroi bactérienne joue un rôle important : - Rigidité : protection du choc osmotique et maintien de la forme de la bactérie - Identification de la bactérie par son aspect tinctorial et ses propriétées antigénique - Porteur de facteur de virulence : LPS - Porteur de site de récepteur de bactériophages - Cible des antibiotiques 2- Eléments facultatifs Ce sont des éléments qui ne sont pas retrouvés chez toutes les bactéries ; leur absence n’entraine pas la mort de la bactérie. a- Glycocalyx C’est tout composé renfermant des polysaccharides et situé à la surface de la paroi des bactéries à Gram positif ou situé à la surface de la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Deux catégories : la capsule et le slime Rôle du glycocalyx : - Aurait un rôle dans l’adhésion des bactéries sur un certains nombre de cellules - Joue un rôle de protection - La capsule représente un facteur de virulence responsable du pouvoir pathogène de la bactérie ( ex pneumocoque). On sait également que cette virulence est liée au fait que les cellules phagocytaires ne sont pas capable d’exercer leur rôle par suite de la présence de polysaccharides capsulaires. - La capsule est le support de l’antigenicité K pour l’identification bactérienne - La présence à la surface externe de la bactérie de substance capable de jouer un rôle dans le pouvoir pathogène peut être à l’origine de la production d’anticorps protecteurs on peut utiliser cela pour l’élaboration de vaccins efficace dirigés contre ces composés. b- Flagelles ou cils De nature protéique : Flagelline joue un double rôle : mobilité et support de l’antigenicité H Plusieurs disposition possible à la surface bactérienne : peritriche ; monotriche , bipolaire. c- Pilis Filament rigides à la surface de la bactérie, de nature protéique . Les pilis communs courts : Fimbrae joue un rôle dans l’adhésion et la colonisation des tissus Les pilis communs longs : pili sexuel codé par un plasmide (gène facteur F) , intervient dans le transfert des plasmides par conjugaison. d- Plasmide : définition Fragments d’ADN bi caténaire extra chromosomique de taille variable Sous forme circulaire surenroulée. Le nombre : un ou plusieurs mais de spécificité différentes dans une même bactérie. Il est autoréplication indépendamment du chromosome bactérien et autotransférable d’une bactérie donatrice vers une bactérie réceptrice par le phénomène de conjugaison. 3- Biofilm Un biofilm est une communauté de micro-organismes (bactéries, champignons, algues ou protozoaires), adhérant entre eux et à une surface, caractérisée par la sécrétion d’une matrice adhésive et protectrice. Le biofilm peut se développer sur n’importe quel type de surface , qu’elle soit naturelle (débris cellulaires, séquestres, surfaces des eaux ) ou artificielle (prothèse, sonde, cathéter). Les biofilms se développent sur les dents et forment une plaque qui conduit à la carie. 4- La spore La spore n’est pas un élément structural (obligatoire ou facultatifs) : elle constitue à elle seule une bactérie sous un aspect différent Lorsque les conditions deviennent défavorables à la survie et à la multiplication , certaines bactéries subissent un phénomène : SPORULATION pour résister à ces conditions donnant ainsi des spores. La sporulation est sous contrôle génétique. Les bactéries qui peuvent produire des spores sont les bactéries du genre Bacillus et du genre Clostridium. La spore peut être l’unité infectieuse de la bactérie , comme c’est le cas de la spore produite par Clostridium tetani agent du Tétanos.
