La cellule bacterienne morphologies et structures bacteriennes (word)

UE 8 - De l’agent infectieux à l’hôte
Date : 08/02/16
Promo : P2 2015 -2016
Ronéoiste : CELESTIN Kevin
Plage horaire : 14h-16h
Enseignant : JJH
La cellule bactérienne
Morphologies et Structures bactériennes
I. Généralités
1.
2.
3.
4.
Qu’est-ce qu’une bactérie
La place des bactéries dans le règne vivant
Organisation des cellules eucaryotes et procaryotes
Morphologies bactériennes
A. Les formes
B. L’arrangement caractéristique
II. Structures cellulaires
1. Les composants obligatoires
A. La membrane cytoplasmique
B. Le cytoplasme (cytosquelette, nucléoïde, corps d’inclusions…)
C. La paroi (structure, caractéristiques)
2. Les structures facultatives
A.
B.
C.
D.
E.
La capsule, couche mucoïde, couche S
Pili et Fimbriae
Les flagelles et la chimiotaxie
La spore
Les plasmides
a) Conjugatifs
b) De résistance
c) Bactériocines
d) De virulence
e) Métaboliques
III. Taxonomie
1. Taxonomie moléculaire
2. Classification médicale
A bon entendeur : il ne va pas insister sur ce point, laissant à ses collègues « l’honneur de le faire »)
NB : Ne pas oublier de ramener une blouse en coton et pas les blouses de service en TP.
I.
Généralités
1. Qu’est-ce qu’une bactérie ?
Observées pour la première fois à la fin du XVIIème siècle (A. Van Leeuwenhoek : « animalcules »), ce n’est
qu’au XIXème siècle qu’on découvre leur rôle dans la fermentation (L. Pasteur) et la transmission de
pathologies (R. Koch, qui a donné son nom aux bacilles de Koch, agents de la tuberculose).
2. La place des bactéries dans le règne vivant
Procaryotes et eucaryotes font partis du monde du vivant, alors que les virus n’en font pas partis.
Procaryote indique qu’on a à faire à des cellules n’ayant pas de noyaux clairement définis, contrairement
aux eucaryotes chez lesquels on pourra retrouver des êtres unicellulaires ou pluricellulaires.
Parmi les procaryotes, on devra bien distinguer les archées (exemptés de pouvoir pathogène pour l’homme)
des bactéries.
On peut comparer les ordres de grandeur des différents êtres vivants. Certains
parasites (vers intestinaux) peuvent être plus grand que l’homme.
Les bactéries ont une taille de l’ordre du micromètre (de 0,1 à 10 micromètre en
général), équivalente à celle des mitochondries et qui est inférieure à la taille du
noyau d’une cellule eucaryote.
En dessous, on va retrouver les virus qui sont inférieur à 100 nm et en dessous on
retrouvera des protéines (prions…).
Il suffit de regarder
l’arbre du vivant
pour comprendre
que les bactéries
occupent une place
très importante au
niveau de celui-ci.
On retrouvera
énormément de
bactéries pathogènes
ou non pour
l’homme.
3. Organisation des cellules eucaryotes et procaryotes
En moyenne la taille d’une bactérie va de 0,2 à 2,5 micromètre. On peut tout de même descendre à 0,1
micromètre et monter jusqu’à 100 micromètre voir plus. La taille moyenne d’un eucaryote est comprise
entre 2 et 20 micromètres.
Au niveau de la cellule bactérienne, il n’y a pas de noyau avec une bicouche lipidique qui va déterminer une
structure bien particulière. Néanmoins, le matériel génétique n’est pas libre dans la cellule et va se retrouver
bien localisé.
Classiquement chez les bactéries, on va retrouver un unique chromosome circulaire. Il existe cependant des
bactéries avec plusieurs chromosomes et certaines bactéries peuvent avoir des chromosomes linéaires et non
pas circulaires.
Tous les systèmes
d’empaquetages
endomembranaires n’existent
pas chez les procaryotes
(organites, mitochondries,
lysosomes, golgi, RE).
Néanmoins eucaryotes et
procaryotes possèdent tous une
machinerie cellulaire et
notamment des ribosomes bien
qu’ils se distinguent
structuralement entre procaryotes
et eucaryotes.
4. Morphologie bactériennes
Les différents aspects concernant la morphologie bactérienne sont essentiels, notamment lorsqu’on veut
faire du diagnostic et de l’identification bactérienne. Il y a plein d’outils possible et utilisables aujourd’hui
(moléculaire…) mais, du moins en clinique, on reste encore avec des critères d’identifications relativement
simples.
A. Les formes
Sphérique (coque) ou bâtonnet (bacille), on distingue principalement 2 formes.
 Il existe cependant une
très grande diversité
d’autreformes (spiralées…).
B. L’arrangement caractéristique
Un 2ème niveau d’observation s’intéresse à comment s’organise ces différents types bactériens, ce qui va
permettre de faciliter leur identification. C’est une identification en fonction de la forme et de l’arrangement
caractéristique.
Coques :
Cellules individuelles
Paires : diplococcus
Chaines : Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus
Amas/grappes : Staphylococcus
Tétrades : Micrococcus
Sarcina : agglomérats de 8 cellules
 Ces divers arrangements sont liés au plan de
division cellulaire
Bacilles :
Cellules solitaires le plus souvent
Quelque cas de paires ou chaînes : Bacillus megaterium
Rapport longueur/largeur très variable
NB : coccobacilles = très courts + très large  aspect de coques
Autres :
Vibrions : aspect en bâtonnets incurvés en virgules
Spirilles : bactéries spiralées +/- présence de flagelles (touffes) à 1 ou 2 extrémités
Spirochètes (cas particulier de spirilles) : flagelle interne dans EIM (Leptospira, Borrelia,
Treponema)
Actinomycètes : forme un mycélium similaire aux champignon filamenteux.
L’observation au MO (x1000), quoi que peu détaillée, constitue la 1ère étape de l’identification (schéma cidessus à bien connaître).
IV. Structures cellulaires
Toutes les bactéries vont au moins disposer d’une paroi bactérienne (composée de peptidoglycanes),
puis d’une membrane cytoplasmique entourant donc un cytoplasme contenant un nucléoïde.
Effectivement, en l’absence de noyau c’est dans cet espace que s’organise le matériel génétique (ADN,
ARN, protéines). Des ribosomes et des corps d’inclusion (faisant office de réserve énergétique) sont aussi
retrouvés. L’ensemble de ces éléments représentant les éléments communs obligatoires.
D’autres structures comme la capsule, la couche S, ou des systèmes entraînant la formation d’une sorte de
mucus, mais aussi les flagelles, vont faire parties des structures facultatives des bactéries.
Membrane cytoplasmique : barrière perméable sélective, limite mécanique de la cellule, transport des
éléments nutritifs et des déchets, localisation de plusieurs processus métaboliques (respiration,
photosynthèse), détection de signaux de l’environnement pour le chimiotactisme.
Espace péri-plasmique : Contient des enzymes hydrolytiques et les protéines de liaison nécessaires à la
capture et la transformation nourriture.
1. Les composants obligatoires
A. La membrane cytoplasmique
Elle ressemble parfaitement à la membrane cytoplasmique d’une cellule eucaryote et est constituée :
- D’une bicouche lipidique (têtes polaires, queues apolaires)
- De protéines intrinsèques et extrinsèques
- Sur la face externe, des sucres sont rattachés soit aux protéines soit aux lipides membranaires.
 Ainsi, comme chez les eucaryotes, cette membrane est asymétrique et polarisée.
Dans beaucoup d’ouvrages on indique que les bactéries, pour augmenter leur espace d’échange avec le
milieu environnant sont capables de former des replis membranaires (sortes d’invaginations membranaires)
qui semblent indiqués qu’à certains endroits on peut avoir des extensions associées à des fonctions bien
particulières. Les dernières études semblent montrer que ce sont des artéfacts expérimentaux. En réalité,
c’est lorsqu’on fixe les bactéries et qu’on essaye de les observer qu’on observe ces structures mais que
naturellement elles n’existeraient pas. Toutes ces structures qu’on appelle des mésosomes, des lamelles ou
des tubes qui seraient liées à des invaginations membranaires plus ou moins complexes seraient des
artefacts qui n’existeraient pas en réalité.
La bicouche lipidique doit avoir une certaine fluidité. Chez les eucaryotes, cette fluidité peut être modulée
en fonction de la température de l’environnement par des stérols (cholestérol). Les bactéries n’ont quasiment
pas de cholestérol à quelques exceptions près. Cependant les hopanoïdes, un type particulier de stérol, vont
venir jouer le même rôle de modification de la fluidité membranaire chez les bactéries.
B. Le cytoplasme (cytosquelette, nucléoïde…)
A l’intérieur de cette membrane cytoplasmique, on retrouve tout le contenu bactérien.
Protoplaste = Membrane cytoplasmique + Contenu bactérien.
Au niveau de ce protoplaste, on ne retrouve pas d’organites internes mais on va retrouver un cytosquelette,
un certain nombre de corps d’inclusions, tout ce qui est nécessaire à la machinerie cellulaire
(ribosomes…), un nucléoïde (structure qui va remplacer le noyau) et en fonction des bactéries, on
retrouvera du matériel génétique qui est considéré comme extra-chromosomique (plasmide(s) facultatifs).
 Tout cela est en suspension dans de l’eau, qui représentant 70% de la masse d’une bactérie.
Cytosquelette : Comme les eucaryotes, les bactéries possèdent des éléments du cytosquelette
(microfilaments, filaments intermédiaires, microtubules) assurant les mêmes fonctions que chez les
eucaryotes.
- Il confère aux bactéries leur forme (coque, bacille…).
- Il permet la localisation protéique au sein de sites cellulaires.
- Il participe au mécanisme de division cellulaire.
Les corps d’inclusions : Ce sont des granules de matière organique ou inorganique (leur nombre est
variable en fonction de l’état nutritionnel de la cellule car ce sont des structures de stockage pour la plupart)
Types d’inclusion : Organique : Glycogène,
PHB (Poly-bêta-Hydroxybutirate
Inorganique : Granules de P, S, Fe
Granules de volutines +
Vacuoles gazeuses (= flottabilité)
Fonction :
Réserve énergétique
(C, N)
Réserve énergétique
métabolisme (P pour ADN)
Eléments de réserves essentiellement
Empaquetage de molécules
 Ces corps d’inclusions peuvent être inclus ou non dans une monocouche de protéines et de
phospholipides pour finalement assurer la même fonction que des structures endomembranaires (rôle
de membrane).
Granules de volutines : Stock de phosphate sous forme ortho-phosphaté.
Vacuole gazeuse : Permet à la bactérie sans système locomoteur de flotter et quelque part de se déplacer
dans un environnement aquatique.
Le nucléoïde : Chez les procaryotes, il n’y a pas d’enveloppe nucléaire. On va avoir un nucléoïde dont la
forme n’est pas définie (forme irrégulière).
Composition :
- 60% ADN (empaqueté par enroulement sur lui-même, histones équivalents aux H1 et H2 trouvés chez les
arquées ; donc probablement qu’ils en existent chez les bactéries)
- 30% ARN
- 10% de protéines (participant à l’empaquetage de l’ADN)
Génome : Un unique chromosome généralement circulaire mais pas toujours
Exemple : Leptospira possède 2 chromosomes et Borrelia Burgdoferi en possède 1 linéaire.
Réplication en mode thêta à partir d’une unique origine de réplication (ORI) par
chromosome.
1 à 2 copies par cellules, enchâssées dans la membrane plasmique (permettant
l’éloignement de chacune des copies l’une de l’autre) et ségrégant dans chacune des
cellules filles par un système de partition (une dizaines de gènes « par »).
Exemple : Lorsque E. Coli est dans des conditions optimales de
croissance (nutriments…), elle est en état de division permanente. Elle
se met à répliquer même lorsqu’elle est en croissance. Très souvent, on
verra donc plus d’un seul chromosome dans une bactérie.
Ce schéma illustre la réplication en mode thêta. Elle se fait onc toujours
à partir d’une origine de réplication (ORI). Une fois cette dernière
dupliquée, elle reste étroitement liée à la membrane et grâce aux
mouvements du cytosquelette, les 2 chromosomes fils se séparent. Un
septum (protéines se forme alors et permet la séparation des 2 cellules
filles.
C. La paroi bactérienne
La paroi : Couche rigide située à l’extérieure de la membrane plasmique (à l’origine de la coloration de
GRAM).
Qu’on soit chez les GRAM+ ou les GRAM-, une des fonctions de la paroi est qu’elle va constituer une
couche rigide au-delà de la membrane cytoplasmique qui va permettre de protéger la bactérie contre le choc
osmotique et participer également à lui conférer sa forme. La paroi contribue aussi au pouvoir pathogène.
Au-delà de la membrane plasmique (MP), la paroi est beaucoup plus épaisse chez les GRAM+ que chez les
GRAM-.
Au-delà de la MP chez les GRAM+, il y a un espace péri-plasmique (P) et à l’extérieur, une succession de
couches épaisses de peptidoglycanes.
Au-delà de la MP chez les GRAM-, il y a un espace péri-plasmique (P), puis une seconde membrane (OM)
qu’on appelle la membrane externe. Au-dessous de la MP, on retrouve 1 ou 2 couches de peptidoglycanes.
C’est un aspect très important en termes d’identification bactérienne car toutes les bactéries n’ont pas une
paroi formée de la même façon. Elle va conférer des propriétés différentes aux bactéries et une notamment
qui est la coloration de GRAM. Les GRAM+ retiennent le colorant alors que les GRAM- ne le retiennent
pas.
GRAM + : Membrane cytoplasmique avec des protéines membranaires + couche épaisse de
peptidoglycanes et notamment au sein de ces peptidoglycanes de l’acide lipotéichoïque, structures
lipidiques, permettant de relier cette couche épaisse de peptidoglycanes à la couche externe de la MP.
GRAM - : Membrane interne cytoplasmique + espace périplasmique (avec 1 à 2 couches de
peptidoglycanes) et une membrane externe souvent riche en protéines car elle doit pouvoir permettre les
échanges avec le milieu extérieur (on y retrouvera des pores ; toutes les molécules de plus de 200 nm vont
devoir passer par des transports actifs). Souvent chez les GRAM-, on retrouvera des lipopolysaccharides
(LPS) enchâssés au niveau de la couche externe de la membrane externe.
Structure de la paroi
1 couche épaisse et homogène de peptidoglycanes
(muréine) de 20-80 nm d’épaisseur se trouvant juste
à l’extérieur de la membrane plasmique
1 couche de peptidoglycanes (muréine) de 2-7nm
d’épaisseur
+
1 membrane externe de 7-8nm d’épaisseur
En termes de terminologie, pour bien préciser les choses :
La paroi = Peptidoglycane +/- Membrane externe (si gram -)
L’enveloppe = Ensemble des structures à l’extérieur de la MP
= Paroi + Périplasme (contenu de l’espace périplasmique) + Capsule.
Structure de la paroi : Coloration de GRAM (automatisée aujourd’hui)
Après avoir vu les caractéristiques des parois des bactéries GRAM+ ou GRAM-, il faut aborder le principe
de cette coloration GRAM qui est à la base de nombreux diagnostics.
Protocole : Les bactéries sont colorées au violet de gentiane (ou au cristal violet) qui traverse l’enveloppe et
colore le cytoplasme. Puis elles sont plongées dans du lugol (mordançage) qui se fixe au niveau de toutes les
structures protéiques présentes dans la cellule, ce qui permet de maintenir la coloration.
Les bactéries sont soumises à l’action décolorante de l’alcool qui traverse très bien les bicouches lipidiques.
Les GRAM+ ayant une paroi plus épaisse et plus imperméable à l’alcool ne se décolorent pas. (Il ne faut pas
dépasser un temps limite car l’alcool pénètrerait aussi dans les GRAM +)
Afin de mieux visualiser les bactéries décolorées (GRAM-), on procède à une contre coloration à l’aide de
fuchsine ou de safranine.
 Les bactéries GRAM + apparaissent violettes et les bactéries GRAM- se recolorent en
rosé/orange.
Structure de la paroi : Le peptidoglycane (= couche de muréine)
C’est un enchainement alterné de sucres (Nacétyle-Glucosamine « NAG » et acide N-acétyleMuramique « NAM ») associés à des tétrapetides
(L-alanine, D-glycine, D-Glu, L-Lysine, Dalanine, DAP) constitués d’acides aminés L et D
alternés, reliés entre eux par pontage direct ou
par des liaisons esters inter-peptides.
 Il assure rigidité et protection des bactéries
(limite le passage des antibiotiques)
 Il est aussi la cible d’antibiotiques et du
lysozyme (ciblant les acides aminés. L non
dégradés par les peptidases)
Caractéristiques des parois : Récapitulatif
(Echange + compliqué avec milieu extérieur)
(Protéines de la membrane externe)
(Présence de la membrane externe)
Il faut noter que l’acide téichoïque est présent en grande quantité chez les GRAM+, alors qu’il est quasiment
absent chez les GRAM-  On l’utilise donc en tant que facteur de détection.
Parmi les composés importants qu’on retrouve chez la plus grande partie des bactéries GRAM-, on peut citer
le lipopolysaccharide (LPS) qui est une structure ancrée à la membrane externe se divisant en 3 parties :
1) Le lipide A (partie lipidique du LPS) permet l’enchâssement dans la couche lipidique de la
membrane externe. Il est cytotoxique. Ainsi, quand une bactérie GRAM- meurt et qu’une grande
quantité de LPS est répandu, on peut avoir un effet toxique sur les cellules (endotoxine, attention au
traitement antibiotique tardif pouvant libérer cette toxine en grande quantité en tuant beaucoup de
bactéries et causer des dommages).
2) Une structure polysaccharidique centrale qui est plus ou moins variable
3) La chaine externe, appelée chaine latérale O (peptide O, antigène O) va être variable en fonction des
bactéries GRAM- et peut déclencher la réponse des cellules immunitaires libérant des médiateurs de
l’inflammation (cytokines). Lors de décharges importantes d’un foyer lésionnel dans le sang,
beaucoup de GRAM- arrivent d’un coup, activant fortement le système immunitaire et libérant ainsi
des cellules pro-inflammatoires. Des phénomènes de vasodilatation disséminées vont avoir lieu,
conduisant au choc septique. Elle peut participer (en se détachant de la bactérie) à la formation des
biofilms.
Les LPS protègent les bactéries des sels biliaires, antibiotiques, substances toxiques et permettent de filtrer
les grosses molécules (tamis moléculaire ; les molécules >600-700nm de passent pas).
Biofilms : Débris issus des bactéries au sein desquelles elles vont pouvoir se développer formant un maillage
filtrant les échanges entre les bactéries en communauté et le milieu extérieur (passage des cellules du
système immunitaire, des antibiotiques…)  problème en clinique (Exemple : prothèse de hanche qu’il va
falloir changer si présence de biofilms car les antibiotiques ne sont plus efficaces).
2. Les structures facultatives
Jusqu’à maintenant, nous avons vu les structures communes à l'ensemble des bactéries. Nous allons nous
intéresser ici aux structures facultatives, ce qui ne veut pas dire pour autant qu'elles ne sont pas importantes.
On peut retrouver ces composants chez certains types de bactéries ou uniquement à certains stades de
développement de la bactérie.
Ce sont différentes structures qui vont conférer un pouvoir pathogène aux bactéries :
A. La capsule, couche mucoïde, couche S (différences mineures entre ces 3
appellations)
Ce sont des couches supplémentaires à l’extérieur de la paroi (peptidoglycanes +/- membrane externe)
cellulaire.
Capsule : Bien organisée et homogène
Couche mucoïde : Diffuse
Couche S : Régulièrement structurée en forme de pavement régulier de protéines et glycoprotéines.
Rôles :
- Résistance à la phagocytose (exemple : Staphylococcus Pneumoniae)  facteur de virulence
Les bactéries survivent à l’intérieur des corps d’endocytose et des phagosomes (macrophage, PNN)
- Repousse les substances hydrophobes toxiques (exemple : détergents comme la Javel)
 Filtration des échanges avec l’extérieur augmente car il y a plus de couches
- Protection contre la dessiccation (Riche en eau)
- Attachement aux surfaces solides
- Facilite la mobilité bactérienne par formation d’un mucus qui avec le LPS facilite la formation du biofilm.
Les constituants de la capsule sont recherchés comme marqueurs diagnostiques de l’infection.
B. Pili et Fimbriae
Globalement en MO, avec un bon grossissement et une bonne coloration, on va observer des poils.
Il existe des poils particuliers qu’on appelle le ou les pili sexuels qui vont participer à la sexualité
bactérienne. C’est-à-dire la capacité d’échanger du matériel génétique par un mécanisme qu’on appelle la
conjugaison qui est un mode de transfert horizontal de gêne, les bactéries n’étant pas des organismes sexués.
Il existe aussi des poils particuliers qu’on appelle des fimbriaes, qui jouent un rôle dans l’adhésion des
bactéries (notamment pathogènes) à leur hôte.
Fimbriaes et pili sexuels sont composés de piline. Cette composition et notamment sa signature antigénique
est variable d’une bactérie à l’autre et conditionne l’adhésion des bactéries (notamment ces fimbriaes ; leur
composition fait que ces bactéries vont avoir une affinité pour certains tissus (pulmonaire, rénaux…).
Toutes les bactéries vont avoir une affinité pour des tissus distincts en fonction des fimbriaes qu’ils
portent. Cela peut être un critère pour distinguer différents types bactériens.
La différence de diamètre en pili et fimbriae n’est pas si importante car le matériel génétique ne passe pas
à travers le pili sexuel. En fait, c’est simplement un appendice qui attache les 2 cellules bactériennes et qui
les rapprochent. Puis d’autres mécanismes vont permettre de faire l’échange. Néanmoins, il est
indispensable pour assurer la conjugaison. Les échanges par pili peuvent concerner plusieurs bactéries
(jusqu’à 10 !).
Rq : La différence entre pili et Fimbriae réside surtout
dans leur fonction.
C. Les flagelles et la chimiotaxie
Flagelles : Appendices locomoteurs, souvent de grande taille (diamètre : 20nm /15-20μm longueur) qui
s’étendent à l’extérieur de la membrane cytoplasmique, visibles par coloration.
Le filament est extrêmement long, rigide et est constitué de flagelline. Il est raccroché à la structure motrice
grâce à un crochet (segment intermédiaire) qui est courbe.
ANNEAUX/PLATEAUX
NOMBRE
GRAM4
GRAM+
2
EXTERNE
2 : 1 lié à la membrane externe
(L)
1 lié au peptidoglycanes (P)
2 dont 1 lié à la membrane
plasmique (S et M)
Absent
INTERNE
2 : 1 lié à la membrane externe
1 lié au peptidoglycane
Il existe des bactéries sans flagelles et en fonction des bactéries, on peut les retrouver à différentes positions.
NOMBRE
POSITION
DE
FLAGELLES
1
BACTERIE
Monotriche
1
Extrémité
Monotriche
polaire
2
1/Extrémité
Amphitriches
PLUSIEURS
(TOUFFES)
1 ou 2
extrémités
Lophotriches
Peritriche
PLUSIEURS
Sur toute la
surface
SCHEMA
NB : Spirochètes = présence de flagelles péri-plasmiques (dans l’EIM, GRAM-) formant un filament axial
 tortillement
Flagelles et chimiotaxie : Fonctionnement des flagelles
Mouvement de rotation : Au niveau du corps basal, induit par un gradient de Na+ ou de H+ (pas d’ATP). 270
tr/s chez E. Coli ; 1100 tr/s chez Vibrio Olginolyticus  20-90 μm/s
La vitesse de déplacement est grande rapportée à la dimension de la bactérie.
Sens horaire ou antihoraire : Détermine le sens de rotation et d’avancement de la bactérie (avance/recule)
Spirochètes : filament axial  tortillement et déplacement tant bien que mal.
Chimiotaxie : Orientation du déplacement contrôlée par des chimiorécepteurs localisés dans la membrane
plasmique ou dans le périplasme s’effectuant par succession de courses/culbutes.
 Substance attractives = Eléments nutritifs (sucres, acides aminés…)
 Substances répulsives = Substances nuisibles, déchets bactériens…
 Signaux environnementaux (T°, O2, P° osmotique, lumière…)
Le déplacement des bactéries s’effectue par des alternances de courses et de culbutes en fonction du gradient
de substances attractives/répulsives (= chimiotactisme)
- Course : Flagelles en faisceau  déplacement en ligne droite ou courbe durant quelques secondes (Les
flagelles tournent toutes dans le même sens)
- Culbute : Dispersion des flagelles  arrêt + culbute  réorientation aléatoire de la bactérie. (Arrêt
simultané de tous les flagelles)
Gradient de substrat nulle  déplacement au hasard (fréquence course/culbute aléatoire)
Gradient de substance attractive  course + longue / culbute - fréquente  déplacement vers les côtés les
plus élevés
Gradient de substance répulsives  Fréquence de culbute diminue lorsque la bactérie s’éloigne du répulsif
 Les bactéries peuvent alors se rapprocher ou s’éloigner d’une région particulière.
D. Les spores (ou endospores)
Endospore = spore = structure de multiplication végétative extrêmement résistante qui se développent dans
les cellules de quelques genres bactériens (surtout GRAM+, exemple : Bacillus, Clostridium).
C’est une structure de survie. Les bactéries capables de sporulation ne vont le faire qu’à un stade particulier
de leur croissance, dans des conditions bien particulières.
Résistance à : Chaleur (120°), UV, Rayon γ, Désinfectant chimique, Dessiccation, Temps (DLUO = 100 000
ans)
 Elimination très difficile : Problématique si spores dans un bloc opératoire/service (fumigation)
 Si contamination de petits matériel, c’est plus simple : Pression, autoclavage
Rq : On a été capable de remettre en bourgeonnement des spores estimées à plus de 100000 ans.
Pourquoi les spores sont-elles aussi résistantes ?
A l’extérieur on a une enveloppe extrêmement mince
(l’exosporium) suivie en dessous d’une tunique +/- épaisse,
constituée essentiellement de protéines. Puis on retrouve surtout
un épais cortex (50% du poids de la spore) principalement
constitué de peptidoglycanes, raison pour laquelle on va surtout
retrouver la sporulation chez les GRAM+.
Sous le cortex, on a la membrane plasmique et à l’intérieur, les
constituants bactériens (nucléoïde, ribosomes…) complètement
déshydratés et enrichis d’ions calciques, de protéines
particulières associées à l’ADN (protéines sasp). Associé
notamment aux ribosomes, on retrouvera l’acide dipiconilic
 Tout cela permet de rendre la structure extrêmement résistante.
Développement de la sporulation (7 phases)
Milieu nutritif pauvre/densité bactérienne suffisante (107-108 bac/ml) division cellulaire pour produire les
spores. (Seul un dixième des bactéries vont faire de la sporulation)
Le début de la sporulation se passe comme si elle voulait rentrer en division : Réplication du génome
bactérien (les 2 génomes sont alors enchâssés aux pôles de la membrane cytoplasmique).
Au lieu que le septum se mette en place pour séparer les 2 bactéries, on va avoir une réorganisation avec la
formation d’un filament axial de matériel nucléaire de façon à assurer une division cellulaire inéquitable.
On va avoir à ce moment-là une invagination membranaire qui va isoler une partie de l’ADN venant former
une préspore (ce qui va devenir la préspore occupe le moins d’espace  cytoplasme beaucoup moins
complexe).
L’autre cellule se sacrifie. Son matériel génétique se dégradera et sa membrane viendra entourer celle de la
préspore.
Tout une machinerie va ensuite se mettre en place pour permettre le développement du cortex.
Entre la membrane cytoplasmique de la préspore et celle de l’autre cellule, on va avoir une accumulation de
calcium, d’acide dipiconilic et tout cela va venir former la tunique et l’exosporium. A ce moment-là, la
bicouche lipidique venant de l’autre cellule va tout simplement être éliminée.
Tout cela va se déshydrater et on a une structure de multiplication végétative, une structure de conservation
qui se met en place. C’est un mécanisme relativement long (10h pour Bacillus Megaterium) alors qu’une
division chez E. Coli prendra 20 minutes voire 1 heure.
Cette structure végétative peut revenir à la vie par un processus en 3 phases qui nécessite notamment de
réactiver cette endospore et qui se produit lorsqu’elle va se retrouver dans un milieu notamment réhydraté,
permettant de la réactiver, de détruire la tunique, l’exosporium…
On rentre ensuite dans une phase de germination (l’activité enzymatique, métabolique de la cellule se remet
en place) et on parle d’émergence à partir du moment où cette spore recommence à synthétiser de nouveaux
composés par elle-même.
Formation d’un filament axial de matériel nucléaire
1)
Invagination de la membrane  Isolement d’une partie de l’ADN (= septum de la préspore)
2)
Préspore s’entoure d’une seconde enveloppe
3)
Formation du cortex (accumulation de calcium et d’acide dipiconilic entre les 2 membranes)
4)
Formation de la tunique
5)
Endospore à maturité
6)
Destruct° du sporange (cellule mère) par des enzymes lytiques  Libération de la spore
(Retour à l’état végétatif en 3 phases (activation, germination, émergence)).
E. Les plasmides (intervenant dans mécanisme de multi-résistance)
Plasmides : petites molécules d’ADN double brins circulaires (quelque cas de plasmides linéaires très rares)
facultatifs indépendants du chromosome bactérien (non enchâssés dans la membrane). Cette structure
facultative peut poser problème en clinique. Il est considéré comme extra-chromosomique. Les bactéries
n’ont pas besoin de plasmides pour assurer leur fonction, néanmoins, les plasmides vont pouvoir conférer de
nouvelles propriétés aux bactéries dans lesquelles elles vont se retrouver.
Caractéristiques : Réplication autonome en mode Thêta ou Rolling Circle (système du tapis roulant).
Une coupure va être faite au niveau de l’un des
monobrins de l’ADN double brin du plasmide et
une AND polymérase va venir re-synthétisé le brin
parental. Une sorte de filament va donc se mettre en
place à partir de l’ORI. Le plasmide va être répliqué
de façon continu, formant une grosse pelote d’ADN.
Nombre de copies variable : Unique (1 par cellule)
Multiple le + souvent (nombre de copies faible <20/élevé jusqu’à plusieurs
centaines)
Généralement, il n’y a pas de système de partition  lorsque la bactérie possédant des plasmides va se
diviser, ces derniers vont se répartir de façon totalement aléatoire.
Exemple : S’il y a peu de plasmides dans une bactérie, une des bactéries filles peut ne pas avoir de plasmide.
Les plasmides sont transférables horizontalement par conjugaison ou transformation
 Responsables des transferts de résistance (antibiotiques, insecticide…)
Particularités des plasmides : Certains de ces plasmides sont porteurs de gènes, et notamment de gènes de
résistance (antibiotiques, insecticides…). On va essayer de classer ces plasmides en fonction des propriétés
qu’ils confèrent.
Classification des plasmides : Conjugatifs / De résistance / Bactériocines / De virulence / Métabolique
C’est un point important à retenir car lorsqu’on veut faire de la transformation bactérienne par
conjugaison, il est important de reconnaître les particularités de chacun de ces mécanismes.
a) Les plasmides conjugatifs
Ils posent beaucoup de problèmes car ils peuvent conférer certaines résistances. Ils renferment les gènes
codant notamment pour les pili sexuels. En effet, la formation de ces pili est gouvernée par la présence d'un
plasmide dans le cytoplasme ou dans le génome cellulaire lorsqu'il a été intégré.
Les gènes portés par les plasmides conjugatifs, via la production de protéines qui vont coder pour les pili
sexuels, vont permettre d'assurer le transfert de copies de ces plasmides conjugatifs vers d'autres cellules
durant le mécanisme de conjugaison.
Une particularité du fonctionnement : Les plasmides conjugatifs vont porter des gènes dits facteurs de
fertilité, d’où l'appellation plasmide F ou facteur F. Ils vont coder pour toute la machinerie nécessaire à la
formation des pili sexuels et ont un mode de fonctionnement particulier, qui permet le transfert du facteur F
d'une bactérie vers une autre, avec un sens de fonctionnement unique (c’est-à-dire que le pili sexuel ne va
s'établir qu'entre une bactérie F+ possédant déjà un plasmide fertile et une bactérie F- n'en possédant pas). Si
deux bactéries possèdent le facteur de fertilité, il n'y aura pas de conjugaison bactérienne.
Une propriété supplémentaire dans le cas de plasmide dits intégratif, ce plasmide va posséder des
séquences d'insertion pour qu'il puisse s'intégrer au chromosome/génome de la bactérie hôte, mais ce n'est
pas systématique.
Si le plasmide ne s’intègre pas dans le génome, il peut à nouveau faire de la conjugaison avec une autre
bactérie, mais dans le cas particulier ou il intègre le chromosome de la bactérie hôte, s’il établit une
connexion avec une autre cellule, il va pouvoir transférer une partie du plasmide mais aussi le chromosome
bactérien. Tout cela va contribuer à brasser du matériel génétique et permettre de faire évoluer les génomes
bactériens.
Exemple : Plasmide du facteur de fertilité (Plasmide F ou facteur F)
- Permet la formation des pili sexuels
- Permet le transfert di facteur F d’une bactérie F+ vers une bactérie F- Renferme des séquences d’insertion dans le chromosome de la bactérie hôte
b) Les plasmides de résistance (plasmide R ou facteur R)
Ils ressemblent beaucoup au plasmide F. La particularité est qu’ils confèrent une résistance (antibiotiques,
pesticides…) car au sein de ce plasmide on va retrouver un ou plusieurs gènes (1 à 8 gènes R) qui codent
pour des enzymes capables de détruire/modifier/inactiver des antibiotiques, pesticides…
Particularités : La différences majeure entre les plasmides R et les plasmide F c’est qu’ils ne sont pas
intégratifs. Ils portent toutes les informations nécessaires à la conjugaison bactérienne (établissement
du pili sexuel, transfert de matériel plasmidique d’une bactérie à l’autre), par contre le matériel qui est
transféré ne s’intègre jamais au chromosome de la cellule receveuse.
Néanmoins ces plasmides R posent vraiment un problème en santé publique à l’origine des mécanismes de
multi-résistances. Une bactérie portant un plasmide R à un antibiotique pourra le transmettre à des bactéries
qui ne l’ont pas, sachant que ce transfert peut s’effectuer entre bactéries d’espèce, de famille et de genre
totalement différents.
Bien évidemment, il n’y a pas de position, c’est-à-dire que si une bactérie possède dans son cytoplasme
plusieurs plasmide différents avec des gènes de résistances à différents antibiotiques, elle peut les transférer
simultanément.
Les bactéries peuvent accumuler des résistances au fur et à mesure et c’est dans ce cas-là qu’on arrive avec
des BMR et une difficulté à traiter les patients car ils ont des bactéries qui ont accumulés tout un ensemble
de plasmide de résistance.
c) Les bactériocines
Un peu plus intéressant pour nous car ces plasmides codent des protéines qui sont capables d’agresser
d’autres bactéries (les bactéries en communauté sont en compétition les unes avec les autres). Les bactéries
qui vont posséder ce type de plasmide vont pouvoir par exemple :
-
Former des pores dans la membrane cytoplasmique des autres bactéries
-
S’attaquer à leur acide nucléique (ADN, ARN)
-
Hydrolyser le peptidoglycane de la paroi (il ne lui reste plus que la membrane cytoplasmique et la
bactérie est extrêmement sensible à la pression osmotique (elle implose ou elle explose, de toute
façon elle meurt)).
Particularité : Ces bactériocines agissent sur des souches bactériennes qui sont étroitement apparentée. Leur
spectre d’action est quand même relativement limité, mais généralement elles sont dirigées contre des
bactéries qui évoluent dans les mêmes milieux et les mêmes environnements.
Exemple : Le plasmide Col qu’on retrouve chez E. Coli et qui va agir sur les entérobactéries.
Naturellement, les bactéries utilisent cette stratégie de défense contre les autres bactéries et notamment, c’est
ce qui permet d’éviter l’implantation des bactéries pathogènes au niveau de nos tissus.
d) Les plasmides de virulence
Ils vont produire un facteur conférant une pathogénicité
Exemple : E. Coli + plasmide de virulence entéro-toxinogène  diarrhée.
e) Les plasmides métaboliques
Il confère à la bactérie des capacités supplémentaires (options qu’elles n’avaient pas au départ) qui vont leur
permettre par exemple de dégrader différents métabolites :
- Information génétique permettant la dégradation de composés aromatiques
- Assimilation du lactose
- Fixation de l’azote
- …
Cela peut conférer un avantage sélectif aux bactéries.
V. Taxonomie
Définition d’une espèce : Ernst Mayr (1942) : « Les espèces sont des groupes de populations naturelles,
effectivement ou potentiellement interfécondes, qui sont génétiquement isolées d’autres groupes
similaires ».
Puisqu’on à faire a des espèces bactériennes qui ne sont pas sexuées, comment on fait pour savoir si une
bactérie appartient à une famille, un genre ou un espèce bien particulière ? Ça a été longtemps très
problématique.
Différentes classifications :
- Taxonomie phénotypique (Cohn 1872  années 1960)
Selon un nombre réduit de caractères morphologiques, biochimiques, +/- sporulation…
Coques ? Bacilles ? Colonies blanches ? vertes ?
-
Taxonomie numérique : Plus de 100 caractères différents
-
Taxonomie moléculaire : Hybridations ADN/ADN
Séquences ADNr : 5S, 16S et 23S
Aujourd’hui, on a un peu abandonné la taxonomie phénotypique et numérique et on est passé à une
taxonomie moléculaire. On s’attache à savoir quel est le niveau d’homologie en terme de séquence entre le
matériel génétique de chaque bactérie. On passe notamment par des techniques d’hybridation ADN/ADN.
On a trouvé notamment une séquence intéressante pour faire les comparaisons en utilisant l’ADNr 16s
(énormément utilisée pour faire cette classification).
Qu’est-ce qu’une espèce bactérienne ?
1. Taxonomie moléculaire
Qu’est-ce qu’une espèce bactérienne ? Aucun consensus
Hybridation ADN/ADN : 2 espèces sont différentes si < 70% d’hybridation entre 2 souches (hétéroduplex)
Séquences ADNr : 5S, 16S et 23S) : 2 espèces sont différentes si ADNr 16S entre 2 souche < 99% d’identité
(ou 99.5%...)
Ça s’est démocratisé car les méthodes de séquençage sont devenues peu couteuse et on peut le faire
rapidement.
Les 5 groupes entourés
sont les principaux
groupes concernant
l’Homme avec une
importance notamment
en pathologie humaine.
2. Classification bactériologique médicale
Dans tous les laboratoires, pour faire de l’identification bactérienne, on ne dispose pas de séquenceur et ni
d’outils classique pour faire de l’hybridation. En bactériologie médicale on reste sur des critères
relativement simples.
Physiologie : On cultive des bactéries en milieu liquide dans des tubes et on regarde à quel niveau elles
poussent (au contact avec l’air, au fond du tube…)
Coloration de GRAM : ça prend 5 minutes
De plus en plus, de nouveaux outils apparaissent. Aujourd’hui, on utilise beaucoup les techniques de
l’HPLC, de la CPG couplé à la RMN pour pouvoir faire de l’identification. Ce sont des techniques sont en
train de sus-planter depuis 2/3 ans les techniques habituelles. Avant on avait énormément de personnels
(coloration, frottis…), maintenant les échantillons sont placés dans un tube et on les passe dans un appareil
et le résultat sort dans les minutes qui suivent.
L’identification bactérienne est en pleine évolution et les technologies évoluent très vite (voir cours de
Jaffar-Bandjee)
En terme de formation, cela nous pose des problèmes car ce type d’appareil coute chère et il est difficile de
nous faire faire de la pratique. En TP ça reste intéressant d’étudier et de visualiser les bactéries suivant les
anciennes méthodes.
Aujourd’hui, on regarde des lames que dans des cas exceptionnels.
Question étudiant : Quel est le but d’avoir un flagelle interne ?
Réponse : Mieux vaut avoir un flagelle interne que pas de flagelle du tout.
Question étudiant : Vous parlez de signature antigénique et de signature au niveau de l’adhésion (Fimbriae).
C’est spécifique à chaque famille de bactérie ou à chaque bactérie en elle-même ?
Réponse : Cela se situe plus au niveau de la famille bactérienne bien que même au sein d’une même famille,
on peut obtenir des variations qui vont faire que l’affinité est différente. Il n’y a pas de généralités mais c’est
vrai que l’affinité se situe plus au niveau de la famille bactérienne.
Question étudiant : Une bactérie va faire une seule spore ?
Réponse : Oui
Question étudiant : Pour il n’y a pas de système de partition ?
Réponse : IL faut éviter de donner une raison (comme d’habitude), néanmoins, les plasmides ont une
particularité ; c’est qu’ils sont transférables horizontalement par les mécanismes de conjugaison (pili sexuel,
les bactéries se rapprochent) et les plasmides vont porter toute une machinerie qui vont notamment
permettre leur transfert d’une bactérie à un autre.
Question étudiant : Sens unique de transfert de F+ vers F- ; Comment une bactérie fait pour savoir qui
possède ou pas le plasmide F ?
Réponse : Une bactérie va commencer à mettre en place ce pili sexuel qui va lui permettre d’aller « senser »
les autres bactéries. Les mécanismes ne sont pas encore super bien décrits. Ce que la connexion ne se fait
pas si une bactérie fertile est en contact avec une autre bactérie fertile.
Question étudiant : Le plasmide R ne s’intègre jamais dans le génome de la bactérie ?
Réponse : Ces plasmides ne s’intègrent pas au génome, mais reste au niveau plasmidique. Dans le
cytoplasme, on peut avoir 10 plasmides avec chacun portant un gène de résistance à un antibiotique bien
particulier sans nécessité de s’intégrer au génome. Tout ça bien évidemment s’exprime dans la cellule.
Question étudiant : Quel est la différence entre chimiotactisme et chimiotaxie ?
Réponse : Le chimiotactisme, c’est la réponse finalement de la bactérie vis-à-vis de son environnement.
La chimiotaxie, c’est l’effet de l’environnement sur la bactérie.
Mais c’est la même chose : c’est une réponse de la bactérie à un environnement qui lui est favorable ou non.
Question années antérieures : Par quoi est défini une cellule ?
Réponse : Une cellule est définie par la capacité d’un micro-organisme à échanger avec son milieu extérieur,
de se nourrir indépendamment d’un autre organisme vivant. Donc un virus libre dans l’environnement est
considéré comme « mort » car il a besoin d’être assisté par des cellules eucaryotes ou procaryotes pour se
développer ou se multiplier. Les cellules eucaryotes et procaryotes sont vraiment considérées comme des «
individus » qui peuvent vivre, se développer, se multiplier par leurs propres moyens.
Question années antérieures : Certaines bactéries ont également besoin d’être assistées non ?
Réponse : Cela dépend effectivement, la limite entre organisme vivant et organisme non vivant peut devenir
assez floue. On a ainsi récemment découvert des virus qui ont acquis un certain nombre de gènes venant de
bactéries. Dans un milieu adapté, ces virus n’ont même pas besoin d’infecter une cellule. On a d’un autre
côté, des bactéries tellement simplifiées qu’elles ont des difficultés à se développer seules. Certains virus ont
donc des génomes plus développés que certaines bactéries, ce qui fait de ces virus carrément des cellules.
Les mini-virus ont une taille supérieure aux plus petites bactéries et possèdent toute la machinerie d’une
cellule normale, leur permettant de se développer seuls.
Question années antérieures : Est-ce que ça veut dire que les bactéries Gram+ sont plus résistantes ?
Réponse : C'est très difficile à dire, effectivement les Gram+ résistent davantage aux agressions externes, au
vu de leur peptidoglycanes plus épais. Mais cela n'est pas toujours évident. !
Question années antérieures : A quoi sert la paroi bactérienne ?
Réponse : Avec le cytosquelette, la paroi bactérienne va donner à la cellule sa forme. Si on supprime la paroi
bactérienne, on sensibilise énormément la bactérie et elle prendra alors une forme sphérique (on aura
l’impression de voir des coques). Mais en leur retirant leur paroi, on les sensibilise davantage aussi à la
pression osmotique. La membrane cytoplasmique ne suffit en général pas à maintenir l’intégrité de la
cellule. Celle-ci va alors soit imploser, soit exploser car la pression du milieu environnant sera soit trop
forte, soit top faible. Donc pour détruire des bactéries, il suffit de détruire leur paroi et c’est ce que fait pas
mal d’antibiotiques. Du coup, certaines bactéries axent leur pouvoir pathogène sur cette paroi. Ils auront
alors des parois qui vont résister à certaines enzymes ou à certains antibiotiques, leur conférant un pouvoir
pathogène.
Question années antérieures : La coloration a donc un rapport avec l’épaisseur de la couche de
peptidoglycanes ?
Réponse : Effectivement, c’est surtout l’épaisseur de la couche de peptidoglycanes qui empêche le violet de
gentiane de sortir moins rapidement.
Réponse à une question d’élève : La spore n’est pas toxique, elle peut revenir à la vie après avoir résisté aux
agents classiques de nettoyage.
Question années antérieures : Le transfert est-il possible entre 2 bactéries porteuses du facteur F dont une
possède un facteur de résistance (plasmide R) ?
Réponse : Oui, le plasmide qui a mis en place le pili sexuel peut transférer d’autres plasmides que lui. Il peut
permettre à un plasmide qui possède le facteur de résistance, sans le mécanisme de conjugaison bactérienne,
de transférer ce facteur de résistance.
Question années antérieures : Est-ce qu’une bactérie F– peut donner ses plasmides à une bactérie F+ ?
L’échange peut-il se faire dans les 2 sens ?
Réponse : Dans tous les cas une bactérie F- ne peut pas transférer de facteur de fertilité a une bactérie F+.
Mais si on a une bactérie F- mais qui est R+, elle peut très bien transférer son plasmide de résistance à une
bactérie qui est F+ mais qui est R-. Les échanges peuvent se faire dans les 2 sens.
Question années antérieures : Est-ce que tous ces tests (sucres, anaérobie/aérobie…) ne peuvent être faussés
par les plasmides ?
Réponse : Généralement des tests complémentaires sont réclamés si un nouveau caractère apparait. Par
exemple, si on sait qu’Escherichia Coli utilise tel sucre à la base (car on a des souches pures sans
plasmides), alors si elle utilise autre chose, on fait ces tests complémentaires pour vérifier qu’il ne s’agisse
pas d’une nouvelle espèce, ou pour savoir si c’est vraiment lié à un plasmide.