La cellule bacterienne Physiologie bacterienne (word)

UE8 - De l’agent infectieux à l’hôte
J.J. Hoarau
Date : 10/02/2016 Plage horaire : 8h30-10h30
Promo : P2 2015/2016 Enseignant : JJH
Ronéoiste : CELESTIN Kevin
La cellule bactérienne - Physiologie bactérienne
I. Métabolisme (généralités)
1. Besoins nutritifs non carbonés
2. Absorption des nutriments
A. Diffusion passive
B. Diffusion facilitée
C. Transport actif
3. L’assimilation des métaux (exemple du fer)
4. Les facteurs environnementaux
A. La pression osmotique (les solutés et la disponibilité en eau)
B. Effet du pH
C. Effet de la température
D. Métabolisme respiratoire
E. La pression (atmosphérique et hydrostatique)
F. Les radiations (UV, X, γ)
II. Conditions d’analyse et conditions environnementales
1. Croissance in vitro
A. Les milieux de culture
B. La croissance bactérienne
C. Courbe de croissance
D. Mathématiques de la croissance
2. Croissance in vivo : « la vraie vie »
A. Les biofilms
B. Coopération et conflits chez P. Aeruginosa (qui fait du quorum sensing)
III. Identification
1. Utilisation du métabolisme pour l’identification bactérienne
2. Identification moléculaire
A. Par PCR
B. Par sondes fluorescentes
C. Par électrophorèse
D. Par séquençage
3. Spectrométrie de masse

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)
- 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 parties du groupe des
chimio-organo-hétéro-trophes et où retrouve notamment, les bactéries pathogènes humaines et animales.
1. 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…).
2. 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.

A. 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).
B. 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.
C. 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 coup 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.

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 (Phospho-enol-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 part 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 phosphorylé 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.
4. 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+.