L3bo Nancy Microbio 2009 N1

Systématique et diversité des procaryotes

Cyril Bontemps Laboratoire de Génétique et Microbiologie (Pierre Leblond)

Les bactéries sont ubiquistes dans tous les biotopes

500 milliards de milliards de milliards de bactéries dans le monde (5.10 30) 40 millions de bactéries dans un 1g de sol et 1 million dans 1 ml d’eau douce 10 fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines dans le corps humain

Comment identifier et reconnaitre les bactéries?

I. DIVERSITE PHENOTYPIQUE DES PROCARYOTES CULTIVES A. FORME ET TAILLE DES CELLULES B. REGROUPEMENT ET DIFFERENCIATION CELLULAIRE C. CARACTERISTIQUES CYTOLOGIQUES C.1. MOBILITE C.2. ENVELOPPES CELLULAIRES C.3. COMPARTIMENTATION CELLULAIRE D. DIVERSITE METABOLIQUE E. CONDITIONS DE VIE-MODE DE VIE

I. DIVERSITE PHENOTYPIQUE DES PROCARYOTES CULTIVES A. FORME ET TAILLE DES CELLULES 1er problème: les procaryotes sont petits 1ère visualisation en 1668

Antoni van Leeuwenhoek

Les bactéries ont des formes simples Bâtonnets -rod (ou bacilli)

ex. E. coli

Sphérique - cocci

ex. Streptococcus

formes irrégulières

Ex. Spirochetes

Des regroupements simples

Bactéries filamenteuses (Streptomyces)

Biofilms

Différenciation cellulaire chez Bacillus subtilis

Conditions favorables de croissance

Epuisement du milieu

Lyse cellule mère

Division inégale

Préspore incluse dans la cellule mère

Synthèse de la paroi de la préspore

Le cycle de différenciation des Streptomyces

C. CARACTERISTIQUES CYTOLOGIQUES / C.1. MOBILITE

Immobile (ex. streptocoques)

Streptococcus en chainettes

Bactéries flagellées déplacement

Implantation du flagelle

droit

Monotriche (implantation polaire)

Lophotriche

fléchant + oscillant

(plusieurs flagelles polaires)

Amphitriche (2 poles 1+1)

1 flagelle à la fois : changement de direction rapide droit

Péritriche

Autre exemple : spirochète avec flagelle à l’intérieur du périplasme donne une mouvement de vis

C. CARACTERISTIQUES CYTOLOGIQUES C.2. ENVELOPPES CELLULAIRES Paroi des gram négatives Lipopolysaccharides (LPS)

Phospholipides membranaires

Membrane externe

Lipoprotéine de Braun (liaison mb ext et peptidoglycane)

Paroi 6 à 15 nm

Peptidoglycane (muréine) Chaine polyosidique alternant acide N acétylmuramique et Nacétylglucosamique)

Périplasme

Membrane interne

Cytoplasme

Protéines intrinsèques et extrinsèques

C. CARACTERISTIQUES CYTOLOGIQUES C.1. ENVELOPPES CELLULAIRES Paroi des gram positives

Acides teichoïques (Stabilisation de la paroi en se liant directement au peptidoglycane)

Liaisons interpeptidiques (forment des liens entre les chaines de peptidoglycane)

Peptidoglycane

Paroi 15 à 80 nm

Acides lipoteichoïques (lient membrane et peptidoglycane)

Phospholipides membranaires

Membrane interne

Cytoplasme

Protéines intrinsèques et extrinsèques

La coloration de Gram

Coloration violet de gentiane

Décoloration à l’alcool

Contre coloration safranine

La différence de coloration repose sur la perméabilité des parois au solvant La coloration de Gram met en évidence l'aptitude de la paroi à résister ou non à l'alcool.

La paroi des archées - Organisation de la paroi ressemble à celle des gram+ - Absence de périplasme comme gram+ - Composition et nature lipidique de leur membrane est très différente par rapport aux bactéries et eucaryotes

Des exceptions de procaryotes sans paroi : Pour les bactéries Mycoplasma: Mycoplasma Evolution à partir de Gram négatives Difficile à cultiver mais très résistantes dans le corps humain. Membrane peut être renforcée par des stérols (ex.Mycoplasma pneumoniae)

Pour les archées

Ferroplasma

Thermoplasma et Ferroplasma (aiment chaleur et acide) Thermoplasma

C.3. Compartimentation cellulaire La compartimentation cellulaire c'est l'individualisation de territoires intracellulaires délimités par des membranes biologiques de structure semblable à la membrane plasmique. Cellule animale

Eucaryotes

Cellule végétale

La compartimentation cellulaire est caractéristique des cellules de ces organismes

Procaryotes - Pas de compartimentation : les gram + et les archées - Périplasme et cytoplasme pour les gram Périplasme

Périplasme Ex: Spirochètes: espace périplasmique important

cytoplasme

Schéma d’une cyanobactérie

-Membranes internes Ex: Thylakoïdes des cyanobactéries = invaginations membranaires fermées intracellulaires

I. DIVERSITE PHENOTYPIQUE DES PROCARYOTES CULTIVES D. DIVERSITE METABOLIQUE

De quoi a besoin une bactérie pour vivre ? Nutriments (2 types) : Macroéléments: (n=10) (C,H,N,O,P,S pour lipides, glucides, protéines et acides nucléiques) et K+ (activité enzymatique), Ca+ (nombreuses fonctions), Mg+ et Fe+ (cofacteurs). Oligo-éléments: Mn, Zn, Ni, Mo, Cu (activité enzymatique) Les autotrophes produisent de la matière organique en procédant à la réduction de matière inorganique. Pour le carbone, les autotrophes utilisent le CO2 comme seule ou principale source de carbone Les hétérotrophes réduisent des molécules organiques provenant d’autres organismes comme source de carbone

Energie

(2 sources possibles) :

Lumière (phototrophes) Oxydo-réduction (par la respiration ou la fermentation) de molécules organiques ou inorganiques (chimiotrophes)

Electrons et hydrogène

(2 sources) :

Donneurs inorganiques-minéraux (lithotrophes) Donneurs organiques (organotrophes)

L’équilibre est important: Si un élément vient à manquer, la croissance sera limitée par ce composé, même si les autres sont en quantité suffisante !

4 grands groupes nutritionnels de microorganismes en fonction de leur source primaire en carbone, énergie et électrons Autotrophes photolithotrophes

Hétérotrophes photoorganotrophes

(photolithoautotrophie)

(photo-organohétérotrophie)

Carbone

énergie

Électron et hydrogène

Exemples: Algues, bactéries sulfureuses pourpres et vertes, cyanobactéries

Carbone

énergie

Électron et hydrogène

Exemples: bactéries non sulfureuses pourpres et vertes

stromatholites

Autotrophes chimiolithotrophes

Hétérotrophes chimioorganotrophes

(Chimiolithoautotrophie)

(Chimio-organohétérotrophie)

Carbone

énergie

Électron et hydrogène

Exemples: bactéries oxydant H2, S, Fe, bactéries nitrifiantes

Carbone

énergie

Électron et hydrogène

Exemples: la plupart des bactéries non photosynthétiques

Extrêmophiles alcalophiles

acidophiles neutrophiles

Lac Natron

Lac acide de Dallol Suc gastrique

savon

Bacillus alcalophilus (pH10)

Psychrophiles (<20°C) (Lysteria monocytogènes)

Mésophiles (20-40°C) (E. coli)

Thermophiles (40-70°C) (cyanobactéries)

Hyperthermophiles (>70°C) (

Pyrodictium abyssi de 85 à 110°C)

polyextrêmophile

piézophiles ou barophiles

radiorésistant

Ferroplasma acidarmanus (pH0)

(radioactivité)

Kineococcus radiotolerans

Halomonas salaria (fortes pressions jusqu’à 1100 atm)

(dose radioactive létale>1500X celle de l’homme)

xérophiles

UV

Rayon gamma ionisant

Halophiles (milieux salins)

(10000 X plus que l’homme)

Deinococcus radiodurans

- 45°C Salinibacter ruber

acide

dessiccation

dessiccation

Interactions avec des eucaryotes

(E. coli) (Maître du monde)

Commensalisme

Saprophytisme (utilisation de matière organique en décomposition sans interaction)

(bénéfice pour un partenaire, sans effet sur l’autre)

Ralstonia

Agrobacterium

N2

Bacteriodes

Yersinia Rhizobia

Lactobacillus

Symbiose et Mutualisme (bénéfice pour les 2 partenaires)

Parasitisme et pathogénicité (Au détriment de l’hôte et bénéfice pour le partenaire)

Conclusion Les bactéries existent depuis très longtemps (au moins 3.8 Md a) et ont une très grande diversité en terme d’espèces et de genres Elles sont ubiquistes et ont su s’adapter à tous les environnements et même aux eucaryotes Toutefois, leur variabilité phénotypique reste, en comparaison, très simple Cette absence de caractères morphologiques marqués reste un des problèmes pour leur identification et leur étude