Cellule Bactérienne

M i c r o b i oG é n é r a l e

2 e n r eA n n é eT C U F AS e t i f2 0 1 1 - 2 0 1 2D r B . Y a h i a o u i

Chapitre2 : LaCellulebaetérienne procaryotes, Ellesn'ontpasde noyquet leurgénomeestle unicellulaires typiquessontdesorganismes Lesbactéries pluspetitdescellules vivantes. et en Archaebactértes. se divisenten Eubactéries Lesbactéries de la cellulebactérienne d'observation 2.1.Techniques Observationde la cellule parA. VanLeeuwenhok marquele pointde départde la microbiologie. Lamiseau pointdu premiermicroscope pouvantallerjusqu'à2500x, on peut amélioré, Avecdesgrossissements Depuis,cet appareila été largement de l'ordrede L uM. observerdesstructures On distingue: L'observationentre lame et lamelle,dite à l'état frais d e b a c t é r i e se n m i l i e u l i q u i d e e t s a S a v a r i a n t e ,l a colorationà l'encrede Chine,pour mettre en évidencel a c a p s u l e .L e s c a p s u l e sc o r r e s p o n d e n ta u h a l o c l a i r en noir. entourantlescorpsbactériens

observationà l'état frais

Colorationà l'encrede chine

desfrottisséchés,fixéset colorés. Observation a

p e r m e t t e n t l a r e c o n n a i s s a n cdee s b a c t é r i e sp a t h o g è n e sd, ' a u t r e s L e s c o l o r a t i o n sd e G r a m e t d e Z i e h l - N i e l s e n f o n t a p p a r a i t r e ' s p é c i f i q u e m elnetsc i l s ,l e sf l a g e l l e sl,e ss p o r e s . . . L e sf r o t t i s s o n t o b s e r v é sà l ' i m m e r s i o na v e c u n e g o u t t e d ' h u i l e s p é c i a l ee n t r e l ' o b j e c t i fe t l a p r é p a r a t i o n c, e l a p e r m e t d ' o b t e n i r u n e i m a g ep l u s n e t t e . T o u t e sc e s m é t h o d e sf o n t p a r t i ed e l a m i c r o s c o p i ep h o t o n i q u e( u t i l i s a t i o nd u r a y o n n e m e n lt u m i n e u x ) ' 'Pour o b s e r v e rd e s s t r u c t u r e sd e l ' o r d r ed e 5 n m à 1 0 n m , o n u t i l i s el a m i c r o s c o p i eé l e c t r o n i q u e . C e r t a i n e ss t r u c t u r e sp e u v e n i r e t e n i r o u i a i s s e rp a s s e ri e s é i e c i r o n s .C e t t e a p p r o c h en é c e s s i t eo u ! ' r o nl a f i x a t i à r r de l'échantillon. .ï {;.

MicrobioGénérale Plusieurs pourle faire: méthodes

2emeAnnéeTCUFASetif2011-2012 Dr B.yahiaoui

-Lesultrasons -Lesenzymes, lysozyme qui détruitla paroibactérienne. -Lapression osmotique, aprèstraitementau lysozyme, lesbactéries sontplacées en milieuhypotoni i q u e ,g o n f l e n te t éclatent. -Lapression mécanique, ou broyagepardesbillesen verrepourcasser la paroiet la membrane. -Lefroid parplusieurs cyclesde congélation/décongération successives. Lacomposition chimiqued'unebactérie On peutobtenirséparément lesglucides, leslipides, lesprotéineet lesacidesnucléiques. Enutilisantdesenzymes commedesendopeptidases, exopeptidases, glucosidases, endonucléases, exonucléases et lipases associés destechniques de chromatographie et de séquençage desprotéines ou desacidesnucléiques on a pu déterminer la composition globaled, Escherichia chimique coli.

Composition élémentaired'Escherichia coli Elément Carbone Azote Phosphore Soufre Cendre Selsfixe Selslibres

% du poidssec 50 +/- 5 10à15 3.2 L1. 12.5 7.25 5.5

Macromolécules Protéines ADN ARN Polysaccharides Lipides

50% 3à4% 10% 4à5% to à Ls%

Pooldemétabolites Acidesaminés,Nucléotides libres,sucresacideorganiques, esters,oligopeptides, ATp,vitamines, coenzymes. 2.2.Morphologiecellulaire 2.2,t Formesdescellulesbactériennes : lesbactéries sontdesorganismes unicellulaires de formesvariées. -

bactériesde forme arrondiesou cocci,isolées,en chaînette,en amas(nombrevariablede cellules) : Staphylocoques, Streptocoques ... -

bactéries de forme allongéàou bacille,isolés,en chaînette ou amas,de longueur et diamètrevariables : E.coli, Salmonella,Bocill us etc... 1!

-

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bactéries de forme spiralée,spirilles,spirochètes, commeTreponema.

un groupe particulierde bactériesde forme filamenteusese rapprochantdes moisissures : les Actinomycètes.

#

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif2011-20L2 MicrobioGénérale (Chlamydia) plus petites et les pluslongties certains ont une tailled'environ0,2;rm les 2.2.2Taille:lesbactéries peuventatteindre 250pm de long.Enmoyennelataillesesitueentre1 et 10 pm Spirochètes peutapparaître séparées sousformede cellulesisolées ou en : uneespècebactérienne cellulaires 2.2.3Associations par paires,en amasfégulièrs,en chaînette, : association variablesselonles espèces groupements caractéristiques par quatre(tétrades).

crL

I

vt&Rr

Lesdifférentes formes et associationsbactériennes 2.2.4Elémentsconstantset inconstantsde la structurebactérienne Certainesstructuressont présentescheztoutes les bactéries,ce sont les éléments( constantsn; d'autressont ) ou < facultatifs>. : cesontleséléments( inconstants chezcertainesbactéries retrouvésseulement

Paroi - membraneplasmique Periplasme Cytoplasme

, 2.3.LaParoi Enveloppe de la formedescellules. dgi$eassurantI'intégritéde la bactérie.Elleest responsable (Mycoptasmo\. ElleestabsentechezleslVtollicutei, Elfeprotègedesvariations de pression osmotique. est le PEPTIDOGLYCANE, enveloppela plusinterne(en dehors La partiecommuneà toutesles paroisbactériennes qui n'ontpasde paroi!). halophiles et desmollicutes desbactéries ou theimophiles I

M i c r o b i oG é n é r a l e

2emeAnnéeTCUFASetif2011-2012 Dr B.Yahiaoui

2.3.1Composition chimique Gram négative

"4;,-*

,

^**",.*"-'-

Trèspeude lipides(l à 2%l

Lipidesen grandequantité (10à 20 %, Membraneexterne)

Acidestei'choiques et lipotei'choiques

ll n y a pasd'aeidesteTchoiques ou liooteichoioues

4 Acidesaminésmajeurs: Ala'(Det L) D-Glu,L-Lys,acide (DAP) diaminopomélique

Mêmesacidesaminés Beaucoupmoinsde DAP et de LLys

Osamines (NAGIet AcideN-acétvlmuramioue(ANAM) N-acétvlslucosamine

Acidaæ dùmiDopim$iqu€

NH I H*C - CH3 I

\

Dessinschématique du peptidoglycane

ffiËiim#ffi#"-

Lacompositiondessousunitésdu peptidoglycane

-Lachaînepolvsaccharidique (NAG)et d'acideN: faited'unealternance de molécules de N-acétylglucosamine (NAM acOtytmu lànii
ry

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif2011-2012 MicrobioGénérale polysaccharidique et ainside seconde chaine d'une yersle 3emeacideaminédu tétrapeptide aminédu tétrapeptide suite.

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û-Ala I DAP I û-çlll

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Organisationdu tétrapeptideet du pentapeptidea) Gram-, b) Gram+

2.3.2 Structure moléculairede la paroi des Gram négativeset positives

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A) ParoiGrampositif estle constituantmaieur(90%) Lepeptidoslvcane G , (L0%) teichoiques à un feutraeed'acides Leresteco-rrespond glucidiques sontnombreuses. croisées entrechaînes esttrèssolide,lesliaisons Le peptidOglycane de flagelles. Présence

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M i c r o b i oG é n é r a l e

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif201-1-2012 v

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+ glycérol+ R (Alanine,Glucose...) : Phosphate Structured'un acideteïchoiques B) ParoiGramnégatif Beaucoup : couches

et de la rnembraneexterne"ll y a plusieurs elle est constituéedu peptidoglyeane

en couchemince. Peptidoglycane Phospholipides (LPS) : forméde 3 parties: Lipopolysaccharides possédant une partie et à des résidusphoiphorequi est amphiphile, Le lipide (A) coupléà la glucosamine < et < membrane < endotoxine>>, ll y a analogieentrelesappellations hydrophobe et une hydrophile. externe )). Le polysaccharide central,constituéde 10 sucres. varieselonla souchebactérienne, LachainelatéraleO, ou antigèneO, chainecourte,sacomposition toxiques.ll bloquel'entréede substances fonctions, telleque l'attachement sur lessurfaces, Le LPSjoue plusieurs par négatives. On induites desGram desmaladies agitcommeune endotoxine(lipideA) qui causelessymptômes (protéines de transportdes : seulesstructures de passage trimérique) de PORINES note égalementla présefrce maisaussià I'actionde à la vie de la bactériecomrneles monosacharides, essentielles composéshydrophiles, (fer), ou de vitamines(facteursde certainsantibiotiques.D'autresprotéines servent à la captationd'ions croissance). Lesdifférencesde constitutionet de structurechimiquedes paroisGram(+) et Gram (-) fff$.tgË,Él$# permettentd'établirle principede la colorationélaboréepar ChristianGRAM(1884): \ Procédurede la colorationde Gram: Aprèsfixationdu frottison coloreavecle violet de gentiane.On rinceavec On procèdeensuiteà une étapede de l'eau.On rajouteun fixateurqui est le lugol.On rinceavecde l'eaudistillée. et non Gramnégatives par un mélanged'alcoolet d'acétone. Ce dernierpénètredansles bactéries décoloration procède à par l'alcool. On rinceet on dont lesporesont ferméspardéshydratation danslesbactéries Grampositives roses. vontapparaître violetset lesGramnégatives LesGrampositives unecontrecoloration à la safranine. 2.3.3Fonctionsde la paroi le lysozyme. Afind'étudierlesrôlesde la paroi,on utiliseun enzyme, entrele NAGet le ANAM.ll en résulteune destructiontot"l"îu Le tysozymecoupelesliaisonsB 1-4glycosidiques peptidoglycane chezlesbactériesGram(+),et unefragmentationde celui-cichezlesGram(-)carle peptidoglycane à causede la membraneexterne. est moinsâ-cc€isible

M i c r o b i oG é n é r a l e

2 e m e A n n é eT C U F AS e t i f2 0 1 1 - 2 0 7 2 D rB . Y a h i a o u i

'1.-

subtilis(bacilleGram+)en milieuhypotonique: la bactériese comporte On placeunesouchede Bocillus normalement. gonflentet éclatent. ç lesbactéries à cettesuspension, 2- Sion ajoutedu lysozyme pasen présence n'éclatent de lysozyme, les bactéries en milieuisotonique, 3- On fait la mêmeexpérience protoplastes possèdent plus ne : FROTOFLASTE. Les appellée maisellesprennentuneformesphérique sont ne se divisentplus,ne fixentpluslesbactériophages.et de la bactérie, antigéniques lespropriétés de mobilité. incapables coli (bacilleGram-): en milieu isotonique+ lysozyme,les 4- On fait la mêmeexpérienceavecEscherichio prennent Lessphéroplastes conservent toutes SPHEROPLASTE. forme sphérique appelée: une bactéries de la bactérie. initiales lespropriétés

: assurerle maintiende la forme de la bactérie (carforte concentration en : assurerune protectioncontrela pressionosmotiqueintracellulaire >> l'eau la cellule rentre). de à l'intérieur rnétabolites plusles propriétés antigéniques de la bactéried'origine.En effet,on trouvecomme ne possède Un protoplaste (=de la paroi): pariétaux antigènes -

chez les Gram(+): peptidoglycane+ acides teichoiqueset lipoteichoiques+ polyosideC chez les streptocoques. O du LPS chezlesGram(-) : lesantigènes

Rôle3 de la parbi: propriétésantigéniques en évidence d'autresrôles: mêt également L'étudedesprotoplastes lls reconnaissent des récepteurslocaliséssur le Rôle 4 de la paroi: permettrela fixation des bactériophages. peptidoglycane ou la membrane externedesGram(-). èettepropriétéest utiliséepourl'identification desGram(+) : c'estla lysotypie. de certainesbactéries dansla membrane à la mobilité.Eneffet,lesflagelles sont implantés cytoplasmique Rôle5 de la paroi:participer (d'oùr peptidoglycane protoplastes) p1; peuvent immobilité des fonctionner en absence de maisne (effettoxiqueportéparle lipideA) qui peut le LPSest uneendotoxine Rôle6 de la paroi: toxicité.ChezlesGram(-), donnerfièvreset lésions. Laparoilaissepasser de petitesmolécules commel'eau,les.selsminéraux ou des Rôle7 de la paroi: perméabilité. (exemple l'alcool. Parcontreelleestplusou moinsperméable à certains solvants cf coloration simples. ,métabolites d eG r a m ) . et des protéinesqui sont l:e*pâta;dËfÏHÏF,'lContientdesenzymesqui participentà la nutrition(hydrolases) i m p l i q u é edsa n sl et r a n s p o rdte m o l é c u l eàsl ' i n t é r i e udre l a c e l l u l e . i plutôtlesenzymes >. CellesdesGram horsde la cellule.Cesontalorsdes( exoenzymes LesGram(+)excrètent Interneet Externe. sontretenues entreslesmembranes

MicrobiG o énérale plasrnique 2.4Lamembrane

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2.4.LCompositionChimique (bicouche phospholipidique) maisavec Ellepossèdele mêmetype de structureque celled'une celluleeucaryote et jamaisde stérols(saufchezlesmycoplasmes). beaucoupmoinsde glucides et 30 à 4O% de lipides. Elleest composée de 50 à 70 % de protéines et les coenzymes les déshydrogénases contientles enzymesde [a ehainerespiratoire, La membraneplasmique cytochrome oxydase. : NAD+,FAD,cytochromes, associés de l'ADNy sontlocalisées dansla synthèse deslipideset dansla réplication impliquées D'autresenzymes 2.4.2Structurede la membraneplasmique m o l é c u ldee l i p i d ee s t a m p h i p a t h i q u e ; f o r m é e e e l a m e m b r a n eC. h a q u e L e sl i p i d e s o n tà l a b a s ed e l a s t r u c t u r d ayantdes propriétés partie hydrophobe solubledansl'huileinsolubledansl'eauet une partiehydrophile d'une phosphate induisentune moléculaires chargénégativement. Cesdeuxcouches et portantun groupement opposées fluide. n'estpasstatique, ellerépondau modèledit en mosaique organisation en doublefeuillet.Cetteorganisation places). (Lesmolécules peuventsedéplacer latéralement en échangeant leurs et les protéinesintégralesqui traversent de protéines: les protéinespériphériques On distinguedeux catégories complètement le doublefeuillet. Glycoliptd

Qligosacchatde

tnleg(al prclerft

Hfdrophabic tl

Fhosphôlipid P€ripôe.âl prorcrn

bactérienne Structurede la membranecytoplasmique plasmique 2.4.3Fonctions de la membrane lipophiles et empêche (ou semisélective): de molécules ellepermetle passage a-Rôlede barrièresemi-perméable hydrophiles. le passage desmolécules On distingue 2 grandstypesde transport: pasd'énergie. et ne nécessite Letransportpassif: il sefait dansle sensdu gradientde concentration ce qui nécessite gradient molécules, de des concentration Le transpoit âCiif: il se fait en sensinversedu fourniesousformed'ATP) l'utilisation d'énergie(généralement b- Sitede fixationdesflagelles(voir< lesflagelles> plusloin)

Microbio Générale 2emeAnnéeTCUFASetif201L-2012Dr B.Yahiaoui c- Fossède desprotéinesmembranaires ayantpourrôles: Enzymesresponsables de la biosynthèseet de l'excrétiondans l,espacep e n p l a s m r q u e moléculesnécessaires à la synthèsede la paroi

joue un rôleimportantdansla détectiondessignaux De plusla membrane et de composés présents danslemilieu environnantgrâceà la présencede protéinestransmembranaines du chirniotactis!"ne. Ceci permetaux bactéries dotéesde flagelles de <
qui interviennent Desribosomes: dansla synthèsedes prôtéines. Sontassociés en chapelets sur l'ARNm sousforme de polysomes.

2.5.2 Dessubstances de réserve= inclusions cytoplasmiques : en général,chaquegroupede bactéries synthétise une seulecatégorie de substances de réservequi formentdesagrégats, parfoisde grandetaille.Celapeut être des glucides(amidonet glycogène), des lipides(poly-hydroxy-butyrate), du polyphosphate, et parfois desmirléraux(fer,soufre). 2.5.3 Desorganitesspéclalisés-: Ontrouvedeschromatophores (organites spécialisés dansla photosynthèse), des gaz (permettant vacuoles à auxbactéries aquatiques de flotterà la surface de l'eau).

Vacuolesà gazde Cyanobactéries au microscope électronique 2"6.LeChromosome 2.6.X. Morphologieet structure

;

La majoritédes bactéries possèdent un (01)chromosome unique,circulaire. Vibriocholeroe en possède deux,un grandde 2,9rnrjllons de baseset un petitde L millionde bases. C h e zE s c h e r i c hcioal ii l e s te m p a q u e teét s e t r o u v ed a n su n e r é g i o nq u ' o na p p e l l e n u c l é o i doeu c o r p sn u c l é a i r e l l. mesure1400 um et 300A d'épaisseur. Lamorphologie descorpsobservés estvariabie selonla phasede croissance et de division de la bactérie. 10

'n:ri::;i: ' : 4,,!

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M i c r o b i oG é n é r a l e 2emeAnnéeTCUFASetif2011-20i-2 Dr B.yahiaoui Chezles Coccion observeune petitemassesphérique ou ovoTde, souventcentrale. Chezles Bacilles, un Bâtonnets appariés, situéstransversalement dansla cellule.llest Généralement mononucléaire chezlescocciet plurinucléaires chezles bacilles. Cet aspectest visiblechezles bactéries jeunesen phaseexponentielle. L'appareil nucléaire se répliqueplusieurs foisavantque la cellulene sedivise.

polyamines analogues auxhistones, tel que la protéinell richesen Arginine

interviennent dansle repliementde la eucaryotes.On trouve par çentre des t!

2.6.2Composition L'ADNou acidedésoxyribonucléique estun polymère de PM élevé,composé d'unitésappelées nucléotides. Nucléotide= <. Basespuriques: adénine A, guanineG Basespyrimidiques: Cytosine C et ThymineT Lesucre: désoxyribose Legroupement phosphoré est: un phosphate diesteren 3'et 5, du àésoxyribose llyaautantdecAquedeT>etautantdecCqueG>parcontrelerapport(A+T)/G+C) mieuxconnusouslenomde coefficientde Chargaffvarieselonlesespèces. on l'exprimeen GC%.50%chezE.coti6o%chezpseudomonas, 25 à 45%chezClostridiums. LaTopoisomérase ll ou Gyrase et la Topoisomérase I interviennent danslespassages d'uneformeà l,autre. 2.6.3Réplication Chimique. L'ADNseréplique, c'est-à-dire qu'ilse reproduitlui-même. Laséquence sur unechainedétermine automatiquement la séquence surl'autrechaine. La réplication est semi-conservative: Chaquechaineparentaleresteassociée à la nouvellechainepourqui ellesert de matrice. La réplication est bidirectionnelte: Cairnsa été le premierà observerun chromosome entierd,E.colien coursde réplication' ll a associédes techniques de marquages isotopiques et d'autoradiographie suivied,observation en microscopie électronTque. Aprèsavoircultivédesbactéries dansun milieucontenant de la thymidine tritiéeà faible activitéspécifique, pendantun tempsdépassant la duréedu cycle,il met au pointuneméthodede lysede la cellule permettantde libérerI'ADNdirectement sur unegrillede microscopie électronique, en minimisant les risquesde cassures mécaniques de la molécule.

11

Géénnéér ar al el e M Miiccrroobbi oi oG

'e' ' Yahiaoui v ' vB' z v r r L v L ' Dr r r l J Setif g t r r 2011-20L2 UFA lL u n n e e TC Année z2eme eme A

photosraphique d'uneémulsion estrecouverte Lapréparation du "1,:lj-"::::."::::.i"1î:Îl:"'i:i:"Hïi:l ontmontréla circularité observations Cesprer,nières d'ADN. rl",îorl.ur" ::"![iiil:jin.,';:Ë;ïï";;;; ^r.,- ^^,,4. a + d é r l r r i t i l a c i m a p e s pruscourtset déduitdesimages desmarquases a errectué Cairns ;iffi;rt:";;;.;r;;.";:;"';';";;;;;', rr^-:-i-^ . l ^ l - rréprication t frait a i t lle e ra É n l i n a + i n n oet de r'origine bactérien, pointduchromosome #;;;"';;';" ii;.iï* ;i::ii::i:""'i tpur de celui-ci. e-

de la réplication Mécanismemoléculaire

e.

: sontimpliquées enzymes Plusieurs ADN aussi

d'unechained'ADN,ellesont à l'extrémité de désoxyribonucléotides l'addition rasel, ll, lll : catalysent Lalll estla plusactive' ivitéexonucléasique'

entreun d'unpontphosphodiester rasynthèse de deuxchainesd,ADNe catarysant ADNrigase: unitresextrémité I'ADN actérien"' d'ADN,circularise lescoupures 3'OHei 5'P.Répare d,ADNavant|a réplication. : E||eouvre|eschaines Hélicase si d'E.colifait 1360um (4' O6pairesde Nt' donc4'10stoursde spires) ll : Lechromosome Gyraseou Topoisomérase la de sefait à 10000T urs/minute.c'estgrâceà la découverte sefait en 30 min,alorsla déspiralisation la réplication ce phénomène' qu'ona pu expliqué Gyrase en de I'ADNsuperenroulée ce qui induitra déspiralisation LaGyrasefait une coupureau niveaude'un desbrins, enroulée' le circulaire molécu (le débuteen un pointspécifique Laréplication

point origineou point d'initiation)'

(3'oHlibre)' dansle sens de déplacement l'un desdeuxbrinsest synthétisé Au niveaud la fourchede réplication, 5' serasynthétisépar lll. ll est appelébrin précoceou avancé'L'atreà extrimité catalysépar la DNApolymérase et estappelébrin tardif' fragmentsd'Ogasaki une ces fragmentsde L000à 2000résidusnécessitent aPPelée Primase' dépendante,

DNA par une ARNpolymérase amorced'ARNsynthétisées

et les délétionssont porymérase| (activitéexonucréasique) Ensuiteces amorces$RN sont exciséepar rADN parde I'ADNparcettemêmeenzyme' remplacées 3'OHet 5'OHlibre' au niveaude leursextrémités séquences EnfinI,ADNligaserelielesdifférentes .

( DNA appelées pardesprotéines dérouléset stabilisés Duranttoutescesétapes,lesdIADNmatricesontmaintenus bindingProteins)).

t2

M i c r o b i oG é n é r a l e

2 e m e A n n é eT C U F AS e t i f2 0 1 1 _ 2 0 1 "D2r B . y a h i a o u i éSilf

arworre d ", .4ûlVpolp"rldrase t {t#t

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5', d*rrur

A,frNpt

Ér-ase

Fourchede réplicationde l'ADNchezE.coli.(Marian a uizVillarreal, HumburgGermany) 2.7.LesPlasmides Lacellulebactérienne peutcontenirdeséléments génétiques extrachromosomiques, capables d,autoreplication. on les appellePlasmides(Lederberg 1952,.certaines , bactériespossèdentplusieursplasmidesdifférents. Les plasmides permettent à la bactérie unemeilleure adaptation à sonenvironnement 2.7.1Structure desplasmides ce sont des moléculesd'ADNbicaténaire, généralement circulaires, mais il en existedes linéaires.par{oisils s'intègrent dansle chromosome et on lesappelledesépisomes. lls sonttransmissibles auxcoursdesgénérations maispasde façonéquitable commepoule chromosome. Laperted'unplasmide estditecurage.

5 P'ix)ù'si{r lleslrictio.9hF

] Prjmèr.Sitr

R e p r é s e n t a t i osnc h é m a t i q ude, u n p l a s m i d ec o m m e r c i a l

P l a s m i da e u m i c r o s c o péel é c t r o n i q u e PNAS i n N o v e m b e1r. 9 7 3 bS y t a n l eN y .C o h e ne t a l

Lesplasmides ibnt benetalement de petitetaille,(1 kb à 400 kb),1,/1,oodu chromosome bacterien. llsportenttrès peude gènes,moinsde 30. on classe lesplasmides selonleurfonction, propagation et existence.

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t'

MicrobioGénérale 2emeAnnéeTCUFASetif201i--2012 Dr B.yahiaoui on distingueainsi; des plasmidesconjugatifs,qui portent le gene responsable de la synthèsedes pili sexuels, nécessaires à la conjugaison. DesplasmidesR (facteursde résistances) : ilspermettentauxbactéries de résisterauxantibiotiques. Desplasmidescol qui codentpourdesprotéinesditesbactériocines, telle que la colicined,E.coli.Les bactériocines donnentun avantage à la bactérie en tuantdessouches trèsproches systématiquement parlantd' E.colif Desplasmidesde virulencequi codentpour des toxinesresponsables des symptomescausséspar des bactéries pathogènes. Des Plasmides métaboliques qui codentpour des enzymescapablesde cataboliser des molécules -complexes, aromatiques qui polluentnotreenvironnement (pesticides) ou biendesnutriments commele lactose, citratede Na, urée.Enfinfafixationde l'azotechezRhizobium. 2,7.2Réplication Leplasmidepeut se répliquerselondeuxmodètes: Laréplicationde type Theta0, uni ou bidirectionnellé, à partird'ùneoriginede réplication en utilisantl,équipement enzymatique de la bactériehôte.

# '%;

Réplicationde TypeThetag Une réplicationde type ( Rollingcercle)) ou cercledéroulant.Un brin est coupépar une nucléase. Ce brin va se déroulerautour{e l'autrebrindansle sens5'Pet la bactérie va synthétiser un brincomplémentaire simultanément auxdeuxbrinsparents

(;r?!r/t{t ._,.--.."-

r}ç,in:

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Réplication de type < Rollingcercle>>

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M i c r o b i oG é n é r a l e

2 e m e A n n é eT C U F AS e t i f2 0 1 L - 2 0 1 2D r B . Y a h i a o u i

2 .7.3Propriétés(voirégalement lesdifférents typesde plasmides ci-dessus) a) Résistance (90%plasmidique) auxantibiotiques lesLo%restant(chromosomique). b) Résistance auxmétauxlourds(mercure, selsde cadmium, bismuth,de plomb,d'antimoineet arsénites. c) Productionde substancesà rôle pathogène.L'exemplele plus étudié est rencontréchez les Escherichia coli, responsables de diarrhées d) Lepouvoirpathogène dansles3 casestcontrôléparune information génétique portéepar un plasmide, codant pour des entérotoxines.Et des facteursde colonisationpermettantl'attachementdes bactériesà la surfacede l'intestin(épithélium intestinal)" e) Productionde bactériocines f) Caractères métaboliques : un grandnombrede caractères biochimiques desbactéries plasmidique. sontd'origine 8. Pili 8.1.Structure A cejour on distingue 4 typesde Pili(1,ll lll et tV). ll est plusjustede nommerlestypesl, lll, lv desfimbriaeet le type ll un pilisexuel. Lesfimbriae: mot latin,signifiefilament>. C'estun appendice court (de l'ordrede 1pm), creux,rigide,composéde protéines disposées en hélice.ll est largement retrouvéen grandnombreautourdu corpsbactérien (1000)chezles Gramnégatives positives. et exceptionnellement gram chezles Lespili sexuelsou de type ll : Pilien latinsignifiecheveu.llssontpluslongset plusépaisque lesfimbriae(10;rm,9 nm respectivement) et moinsnombreux(1 à 4 parcellule).Legènepili estportépar un plasmideconjugatif. 8.2 Fonction Lesfimbriaede type l, lll, jouentun rôle dansl'adhésion des bactéries aux differents supportsvivantou non. lls favorisentla formationde biofilm. Lesfimbriaede type lV, retrouvéspar exemplechezPseudomonas oeruginosa,en plusde l'attachement, ils sont impliquésdans un aùtre mode de mobilité,dite saccadée. On les retrouveau niveaudes pôlesdes cellules bactériennes. LesfimbriaelV se contractent et se rétractentcommeun ressort,pour permettrela mobilitéde la bactérie. Le pili sexuelou de type ll: ll a un rôledansla conjugaison (un des3 modesde transfertde matériel bactérienne génétique d'unebactérieà une autre).Lespilisexuels de la bactériedonatrice vont permettrede reconnaître une (del'amarrer) bactérieréceptrice et entraîner la créationd'un pontcytoplasmique permettant entreles2 bactéries, a i n slie p a s s a gde' u n em o l é c u ldee p l a s m i d e .

Fimbriaede type I d'E.coli

Pilisexuelde type tl 15

MicrobioGénérale

B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif201L-2012Dr

2.9.Lacapsule 2.9.1Morphologie

la entourantla paroi.On distingueen réalité3 typesde couches, possèdent des structures bactéries Certaines capsule,lescouchesmucoïdeet la coucheS selonlesbactéries. de la bactérie. détachable biendéfinieet elleestdifficilement estbienorganisée, Lacapsule,

t-

e.

diffuse,elle est facilement est moinsbien organisée, La couchemucoide,retrouvéechezles bactériesaquatiques de la bactérie. détachable La coucheS, plus rigide,très structurée.C'estune couchede surfacemise en évidenceque par microscopie de façon. organisées de sousunitésprotéiques Elleestconstituée électronique. Miseen évidencede la caPsule

qui correspond à la capsule. bactérien

Cette réactionest de la capsulequi devientvisibleau microscope. précipiteet augmentel'épaisseur NEUFELD. gonflement de la capsule de de : Réaction appelée

Colorationà l'encrede chine

immunochimiques Techniques

Microscopieélectronique

chimique 2.9.2Composition \ est un Le glycocalyx peuventêtresregroupées sousle terme de glycocalyx, La capsuleet les couchesmucoi:des Bacillusontharocisagentde la maladiedu charbon,possèdeune capsulede nature réseaude polysaciharides. protéique. importantechezlesbactériesdu et particulièrement aquatiques Lacouchemucoideestfréquentechezlesbactéries par produits ont un intérêt polyosides des bactéries gluantes. Certains qui produisent des masses genreZooglea mesenteroides Leuconostoc industrielet sont produitscommegélifiant notammenten industriesalimentaires'. ... desxanthanes produitdesdextrans , Xonthomonas en pavement organisés et de glycoprotéines, de proiéines LacoucheS estcomposé de la capsule 2.9.3Fonctions ( f

c r

ù

grâceà sesrôles: maiscettedernièrelui confèredesavantages peuventvivresansla capsule, Lesbactéries et chimiques. lesagentsphysiques la dessiccation, De protection: contrelesUltraviolets, 16

M i c r o b i oG é n é r a l e

2 e m e A n n é eT C U F AS e t i f2 0 1 1- 2 0 1 2D r B . y a h i a o u i

De virulence{la pathogénicité} : Elle s'opposeà ta phagocyrose d;';;;t"'t,lonésion macrophages. Elleexerceun chimiotactisme négatifsurlesleucocvtes.""

de bactériesaux

Antigénique : lesAg capsulaires sontresponsable de laspécificité sérologique (AgK).A partirde cette''propriété, "" '-" une classification peut être établie(ex: 70 typessérologiques différentschezstreptococcus ,râr,;;r-;;;. Lacouches: ElleesttrouvéechezdesArchéobactéries ( Methanococcus parex)et chezdesBactérie s i chtamydia, Treponemo' l'lelicobacter, Bocillusclostridiurn...). l-acouches joue un rôreen tant que structurepariétale en plusde la paroi'Elleest impliquée dansl'adhésion, dansla nésistance aux protéases desmacrophages et dans protection la visà vis desbactériophages" Lacouches sert de filtreexcluantaussibienl'entréeque la sortiedesmolécules trop grosses. 2.10.Lesflagelles Cesontdesorganesrocomoteursspéciarisés. rrssonttrèsrareschezrescoques. 2.t0.7 Miseen évidence lndirecte:étatfrais(bactéries en mouvement) ou en milieusemi-gélosé. plusieurs facteurs influence la mobilitétels que l'âgede la culture,la température (yersiniasp estimmobileà 37"cet mobileà 22.c,) Directe:en microscopie optiqueaprèsavoirépaissiles flagellespar des colorations spéciales (Rhodes, Leifson; fuschine basique) ; ou en microscopie électronique. colorationde RhodesLesflagellessontfragileset la préparation du frottisestdélicate Technique:Préparation du frottis(utiliserune lameneuve): laissecouler,sur lameinclinée à 45. au dessusde la c u v eà c o l o r a t i o(nm e t t r ed e l ' e a ud e J a v edl a n sl a c u v e ) , 2 g o u t t e sd ' u n ec u r t u r e n b o u i l l o (nc u l t u rjee u n e : 6 à 12 heures) de la soucheà etùier. Laisser sécher Recouvrir la préparation de mordantde Rhodes (préparé extemporanément) pendant3 mn Laversoigneusement à l'eau distillée.Recouvrirde nitrated'argentammoniacal (préparéextemporanément), chauffépresqu'àébullition, et laisseragir3 à 5 mn. Rincerà l'eaudistilléeà.l,eau distillée, sécheret observerà I rmmerston.

Pseudomanasfl uorescens(flagellemonotriche) Colorationselonla méthodede Rhodes

,11

zeme Alrree TC UFASetif mtt-m72

Z1O.2SÊe

lb mesurenten Ûx'yenne16 à 20 ;rm (beaucoupplusque la bactérie)et

Dr B. yahiaoui

sonttrès fins (300Â d,épaisseur),

ll existedifférentsmodesd'insertiondesflagelles, selonle nombreet la positionde ceux-ci:

I

f

e.

Insertions polaires

InsertionPeritriche

Typeflagellaireet mode O,inr"rtion ) llssontfixésà rabactériepar insertiondansra membrane cytoptasmique. F llssontmobilespar rotation,commeune hélice,grâce à un mécanisme similaireà un < fonctionnant grâceà l'énergie fournieparun gradient de protons. È Le mécanismede rotation s'effectuegrâceà un complexemécanismeimpliquantdes récepteurs et des kinases situédansramembrane prasmique et impriquant aussiraparoi. Architecturemorécuraire : Lefrageilebactérien est constituéde 3 parties: Lefilamenthélicoïdal Lecrochet Lecorpuscule basal

Filgmm

layel Periplsnic

space

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\{

i Gràil^pôsiljw

Structuredu flagellede bactériesGramnégative positive et 18

M i c r o b i oG é n é r a l e

2emeAnnéeTCUFASetif2011-20L2 Dr B.Yahiaoui

C'estun cylindrecreuxconstitué d'uneseuleprotéinemultimérique : la flagelline protéinefibreuse, Laflagelline, se positionne en hélicerigidequi tourneà la manièrede l'hélice"d'un bateau.

basal. ll lie le filamentau corpuscule que le filament,maisà cet endroit,la flagelline pasle mêmepasd'hélice,ce ll a la mêmecomposition ne possède qui permetla formationd'un coude. Le crochetest plus court que le filament,maisplus large.Trèsflexible,il permetd'induirele mouvementde la bactérie. La liaisondu crochetau filament est assuréepar des < protéinesassociées au crochet> = protéinesHAP (Hook Associated Proteins).

peut être Enfouidans la cellule,il insèrele flagelledansle corpscellulaire.Son architecture, assezcomplexe, simplifiéeen 3 partiesi une partiemobile= le rotor une partiefixe = le stator un inverseurqui déclenche le mouvement d'unemontresoitdansle sens soitdansle sensdesaiguilles rnverse. Sacompositionest différentechezlesbactéries Gram(+)et Gram(-). 20 à 30 gènessont impliquésdansla synthèsedes flagelles. La synthèsedu flagellese fait par un assemblage séquentiel desdifférents composants :disques, du corpsbasal,puisdu crochetet enfindu filament. pastotalementélucidé).C'est-àC'estuneforce<<protonmotrice> qui est responsable de la rotation(mécanisme direqu'ungradient{e protonssedispersant autraversdes2 anneauxfournit l'énergie nécessaire à la rotation. L'ATPne semblepasêtre impliquéedansla rotationdu flagelle. la bactérie nesecomportepasde la mêmemanière: Selonle sensde rotationdu flagelle,

sur inversedesaiguilles d'unemontre (CCW), la bactérie avanceen tournantlégèrement 1: DansJe,sens elle-même 2 : Dansle sensdes aiguillesd'une rnontre(CW),la bactérieculbuteet changealorsde directionpour tournantCCW. repartiren avantaveclesflagelles 1.9 - h h'

- j I

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif201L-20L2 MicrobioGénérale à l'arrièredu corps regroupés sont les flagelles tous mouvement, péritriches: En pour les ciliatures Remarque: autourdu corps sedispersent lesflagelles de direction, Pourchanger d'uncalamar). (commelestentacules bactérien culbute. et la bactérie bactérien du flagelle 2.10.3Fonctions \ (envahissement de la solide milieu gélose) sur ou la (diffusion dans surdesmilieuxsemi-gélosés Misesen évidence surfacede la boîte.Ex: Proteus).

des Solmonella)'En Les antigènesflagellaires(Ag H) déterminentdifférentssérotypes(exemple: sérotypage La s'immobilisent. et les bactéries agglutinent à leur Ag H, les bactéries correspondant présence de l,anticorps desacidesaminésde la flagelline. antigéniquereposesurle nombreet la séquence spécificité

sontle lieu de fixationde certainsbactériophages' Lesflagelles Lechimiotactisme d'autreslesrepoussent' mobiles, attirentlesbactéries substances Certaines du milieude culture,on distingue2 typesde trajectoires: Selonla composition Culbute

Les mouvementssont aléatoires.Il y a de nombreusesculbutes. Aucune direction claire ne se dégage,en absencede gradient, le milieu de cultureest dit neutre.

Lesdistancessontplus longues,il y a moins de culbutes.Une direction claire apparaîten fonctiond'un gradientde attractivesou répulsives. substances

2.11.Laspore Ce sont des structuresde résistanceformées par certainesbactérieslorsque les eonditionsdeviennent et extrêmesde de survivredansdes conditionsdifficiles sporulantes Elle permetaux bactéries défavorables. l'environnement. Cesont Sporosarcino' Clostrdium, sontBocillus, lesplusconnuesqui forrnentdes endospores Lesgenresbactériens de sporuler. également genressontcapables Gram(+). D'autres toutesdesbactéries

20

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif2011-2012 MicrobioGénérale videsà commedesespaces de Gramor)ellesapparaissent à la coloration Miseen évidence: Lessporessontvisibles commede l'intérieurdes bactéries:seul le contourde la sporeapparaîtcoloré.A l'état frais,ellesapparaissent basées spéciales ou libresdansle milieu.ll existedescolorations au seinde la bactérie, petitesmasses réfringentes = des spores.Exemple: colorationau vert de mala,chite colorationde sur le caractèreacido-alcoolo-résistant rose. vertesdansla bactérie parla fushine, lessporesapparaissent Aprèsunecontrecoloration Benito:Trujillo.

Colorationde Gram

Colorationau vert de malachite

Colorationde Gram Clostridiumsp

Bacillussp 2.1L.2Morphologie

Lessporessont de petitesunitésovalesou sphériques.Ellespeuventdéformerou non le corpsbactérien.Leur dansl'identifiction Ellesserventégalement subterminale. terminale, positiondansla celluleest variable:centrale, sefait dansun but taxonomique. de touscescaractères Lasporepeut-êtrelibreou non.Larecherche bactérienne.

llifié.r.-nÉ*s**r*nrs d< lrt sp.tr*;

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2t

MicrobioGénérale

Dr B"Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif2011-2012

Structure 2.1.1.2 Ëxosporrum

Ccnex

Fepiidoçlycane Memhrâng

Cgeur

Structured'un endosporede Bocillusanthrdcis(x 150000) la à cellede la cellulevégétative. L'enveloppe identiques une paroiet une membraneplasmique Lasporepossède la tunique, composée de Sousl'exosporium on trouvele manteauou plusexterneest mince,appeléeexosporium. justesousla tunique.Enfinle protoplaste(cytoplasme) ou cæur plusieurs feuilletsprotéiques.Lecortexest localisé le nucleoïde et desenzymesinactives. de la spore,contientlesribosomes, chimique Composition parexempleestcomposée neutres. de protéines, d'osamine et de polysacharides anthracis L'exoporium de Bacillus germination l'interaction avec les cellules de l'hôte la et/ou à nécessaires à Ellecontientune multituded'enzymes telsque lesmacrophages. à la kératinechez de protéinesressemblant Latuniqueest de naturefrotéiqueet selonl'espèceelleest constituée à la Bacilluscerus ou au collagènechez Bacillussubtilus.Elle contient égalementles enzymesnécessaires germination. car différentde celuide la paroiavecmoinsde pontsinterpeptidiques Le cortexest constituéde peptidoglycane pardesMAL(résidus lactam-muramique) muramique) sontremplacés 50%de NAM(acideN-acetyl NAG

MAL

NAG

t H3C-CO

NAM

NAG

MAL

NAG

NAM

lK{H1 co I o-'*t I Dpnr

Nov.1996,p. 6451-6458 Popham,D and al; JOURNAL OFBACTERIOLOGY,

l'Adtl pauvreen eau,contenant inerteset du dipicolinate de Calciumqui stabiliserait desenzymes Le protoplaste grandes d'autresprotéines acidesqui sefixenten concentration de la spore.ll contientégalement chromosomique de I'ADNlors de la le protéger.On trouveégalement des enzymesde la réparation sur I'ADN.Boer, également germination

22

t." \at'

MicrobioGénérale 2.L!.3 Phénomènede-spg_rulation

2emeAnnéeTCUFASetif2011-20i.2 Dr B.yahiaoui

Desconditionsdéfavorables de croissance entraînentla sporulation ou l'absence de germination de la spore.ll représentele passage de la formevégétative à la formesporulée: ;1 ta Sporutationdure environ10.5heures, chezBociilusmegaterium

-

Elle est provoquéepàr l'épuisementdu milieu en substrat nutritif et elle peut nécessiterdes corfiitions particufières: absenced'oxygènepour lesClostridium, présenced'oxygèneau contrairepour Bocillus anthrocis . Leprocessus de sporulationdébuteà la fin de laphaseexponentielle et se dérouleen 6 étapes: stadeI formationdu filamentaxial: la division nucléaire n'étantpassuivied'unedivision cellulaire , lesdeux génomes fusioônent donnantun filamentchromatique axial stadell : lesdeuxgénomes se séparent et en mêmetempsla membrane cytoplasmique prèsd,unpôlede s'invagine la cellulepourformerun septumde sporulation qui partagela:cellule en deux partiesinégales. Ceseptumva envelopperle cytoplasme de la pluspetitepartiepourformerune présporecaractéristique Stadelll : Engloutissement de la préspore StadelV : entrelesdeuxmettbraneslimitantla présporeseforme la paroispbralepuisapparaîtrapidementle cortex StadesV and Vl : apparitiondestuniqueset aprèsmaturation. StadeVll : la cellulêvégétativese lyseet libèrela spore.

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M i c r o b i oG é n é r a l e

Dr B.Yahiaoui 2emeAnnéeTCUFASetif20LL-2012

2"LL.5Propriétés : par rapportà la cellulevégétative propriétés de nouvelles Lasporepossède d'eauet de rfutriements. auxmanques la sporepermetde résister naturelles) Dansla nature(conditions -

i suivantes on a démontrélespropriétés Expérimentalement

minutes, parfois plus. Cette propriété est due à la présencede l'acide dipicolinique,la de la sporeet aux protéines( SASP> (petitesprotéinesacideset solublespouvant déshydratation sefixer à I'ADN. auxrayons : LasporerésisteauxrayonsUltraviolets, (la tunique). antibiotiques désinfectants, Auxantiseptiques, et SASP). gamma(Calcium, au débutde la phase desantibiotiques bactéries synthétisent Certaines d'antibiotiques: Svnthèse polymyxale Bacillus la Bacitracine; ainsi Synthétise Exemple:Bocilluslicheniformis de sporufation. perfringens) à ou dessubstances Clostridium polymyxine. Maisaussidestoxines(entérotoxine,de eï de thuringiensis (toxinesqui tue desinsectes), le corpsparasporalde Bocillus activitébiopesticide par insectes, il se dissout dans protéique, ingéré les lorsqu'il est un cristal C'est sphoericus. Bocillus passentdansle sanget Les peptidesclivéspar les protéases l'intestinet détruit l'épithélium. provoque suiviede la mortde l'insecte. la paralysie,

EncJospûre

Cry$tal

d'un pathogène Lecristalparasporal d'insecte(Bacillusthuri ngiensisl

2.lL.5 Germination pH,forceionique, nutriments, favorables:eau, Afinque la sporegerme,elledoit se trouverdansdesconditions nable,aucun d'agent antimicrobien. températtrrqconve P l a c é ed a n s d e s c o n d i t i o n sf a v o r a b l e s( e a u g l u c o s ea c i d e s a m i n é s ) l a s p o r e r " d o n n " n a i s s a n c eà u n e c e l l u l e v é g é t a t i v eO . n d i s t i n g u e3 s t a d e sd a n sl e p r o c e s s uds e g e r m i n a t i o n:

z4

,,activation (choc thermique) i:::::i:ff1;Jii"",,,â"f;.ïffi:ïol:ï:llSlli;*, -!i;Jil,,iîï.les

.

ou chimiques(acides, lysozyme...)ou mécaniques ( abrasion, choc) . Remarque: l'activationthermiqueest miseà profit au coursde la tyndallisationqui consisteà chauffer3 fois le produit à stériliser: 30 min à 6O"C( destruction "

:.i, . t

des formes végétativeset induction de la germinationd'éventuellesspores) , le deuxièmechauffageà 60"C30 minutestue les sporesissuesda la germinationet induit la germinationdes sporesréiiduelleset leitroisième chauffage danslesmêmesconditionsdétruitlesdernièresformesvégétatives. ? Uinitiationdébuteen présencede conditionsfavorables d'hydratationet de métabolites (alanine effecterlTs magnésium qui pénètrent adénosine...) à traversles enveloppes , endommagées. Desenzymeshydrolytiques. dégradentles co-nstituants de la spore; il y a .libérationdu dipicholinatede calcium. le cortexdétruit, la spore s 'imbibed'eauet gonfle. tiémergencede la nouvellecellulevégétative: grâceà l'altérationdesenveloppes

I 'r c,

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