Microbio cours 1

Définition1. Stricte : science qui étudie les organismes microscopiques..

2. Large : science qui se définit par les techniques qu’elle emploie.

Domaines1. Bactériologie

2. Mycologie

3. Phycologie (algues)

4. Protozoologie [premiers animaux] (eucaryotes unicellulaires hétérotrophes).

5. Virologie

Composants principaux cellule (macromolécules)1. Protéines

2. Acides nucléiques

3. Lipides

4. Polysaccharides

Caractéristiques des systèmes vivants1. Métabolisme : prélèvent les nutriments dans l’environnement et les transforment,

conservant une partie de l’énergie présente dans ces substances sous une forme assimilable (genre ATP) puis les déchets sont éliminés.

2. Reproduction : capacité de diriger une suite d’événements biochimiques permettant la croissance et la division, permettant de former deux cellules.

3. Différenciation : formation d’organes ou autres structures ou autres substances spécialisées (exemple des spores).

4. Communication : répondre à des signaux de l’environnement (signaux chimiques). Exemple de quorum sensing : permet d’évaluer le nombre d’organismes adjacents par petites molécules solubles (diffusibles).

5. Mouvement : propulsion autonome par flagelle

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6. Évolution : capacité de changer leurs caractéristiques et les transmettre à leur descendances (hérédité).

Les cellules en tant que machinerie cellulaire ou dispositif de codage Machines : effectuent les transformations cellulaires.

Dispositifs de codage : analogues des ordinateurs.

Elles sont des dispositifs de codage en même temps d’être des machines. Pour la survie, une grande coordination entre ces deux fonctions est nécessaire.

Toutes les cellules CONNUES sont basées sur le même système. La possibilité d’un ancêtre commun est donc valable.

La cellule possède la fonction de machine pour permettre la transmission de l’information. L’information sans moyen de la transmettre ne sert à rien et l’inverse est aussi vrai.

Classification des organismes vivants

Vue ancienneA- Linné (18e siècle) :

Plantes : immobiles/ photosynthétiques

Animaux : mobiles /non photosynthétiques

Problèmes de la classification de Linné :

1. Algues et champignons : Non photosynthétiques donc sont classés comme plantes par les botanistes et comme animaux par les zoologies (bande de profiteurs).

2. Euglène : mobiles et photosynthétiques, plantes par les botanistes et animaux par les zoologistes.

3. Bactéries : paroi rigide (non mobiles on supposait =) : plantes

B- Maeckel (19e siècle) : classification basée sur l’organisation cellulaire :

1. Unicellulaire

2. Pluricellulaire

3. Tissus spécialisés (oui ou non)

4. Donne les plantes, les animaux et nouvellement, les protistes : algues, champignons, bactéries...

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Vue moderneC- Whittaker (1969) : Classification basée sur :

1. Type cellulaire

2. Organisation

3. Nutrition

Donne les règnes :

1. Monères : Bactéries [procaryotes]

2. Protistes : Algues, Protozoaires

3. Mycètes : Champignons, levures

4. Plantes

5. Animaux

Virus : Non vivants mais considérés comme micro-organismes.

Règne des mon`res devrait être séparé en deux

En général, protistes sont unicellulaires et les mycètes sont pluricellulaires. C’est la principale différence entre les deux.

Les mycètes sont absolument hétérotrophes.

D- Woese (1981) : basée sur caractères moléculaires

Tous les organismes descendent du progénote, l’ancêtre commun.

1. Bacteria

2. Archaea : (biodiv 1)

3. Eukarya

Mitochindries et chloroplastes proviennent de bactéries aérobiques et photosynthétiques (respectivement).

Atchaea est le plus proche d’Eukarya que bacteria

Organismes qui se développent dans des conditions particulières

C’est un état (proximité ) qui n’est pas évident d’un point de vue anatomique.

Le séquençage du gène de l’ARN ribosomique 16s a permi de définir les 3 domaines de la vie.

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Description comparativeTrait Bacteria Archaea Eukarya

Dimension 1-10 um 1- 10 um

Organelles Pili Pas de pili Beaucoup d’organelles

ADN Pas d’introns

1 chromosome

Plasmides

Introns

1 chromosome

Plasmides

Chromosomes

Histones

Aperçu historique Leeuwenhoek (1632 à 1723) : père de la microscopie, premier à décrire des micro-

organismes (spermatozoïdes)

Pasteur (1822-1895) : Réfute la théorie de la génération spontanée

Pasteurisation

Fermentation : aérobie/anaérobie

Génération spontanéeSpallanzani (1729-1799) : expérience de Spallanzani

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Pasteur : réfute la théorie de la génération spontanée et démontre que c’est l’air qui transporte les germes.

Utilise des ballons à col de cygne

Si la poussière accumulée entrait avec le bouillon nutritif, la croissance microbienne est très rapide

Robert Koch(1843-1910) Méthode de culture pure

Isolation par striation (mène éventuellement à l’agar)

Démontre que les micro-organismes peuvent causer des maladies

Injecte des bactéries issues de cultures pures chez des animaux

Postulat de Koch

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Hans Christian Gram (1884) Coloration de Gram : Permet d’augmenter le contraste mais surtout de différencier les

deux grands types de bactéries

Joseph Lister(ine) (1827-1912) Les méthodes antiseptiques : laver les mains, stériliser outils à la chaleur ou aux

phénols.

Alexander Fleming (1881-1955) Découverte accidentelle de la pénicilline, il travaillait sur Staphylocoque, son voisin a

contaminé son espace de travail avec le champignon Penicilium notatum.

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Caractéristiques des bactéries Font partie du règne des monères selon Whittaker (1969)

S’adaptent très facilement : le rapport volume/surface est relativement petit, il y a donc un bon taux d’échange à travers la membrane. Permet une division très rapide et une bonne chance d’accumuler des mutations et permettre une adaptation marquée.

La paroi bactérie maintient l’osmolarité

Ils dominent la biosphère par leur activité métabolique

Environ 50% du carbone organique se trouve dans les bactéries

90% de l’azote organique se trouve dans les bactéries

Décomposent et recyclent les éléments chimiques

Eucaryotes ne sont pas essentiels aux procaryotes.

Morphologie bactérienneLa morphologie bactérienne peut servir de critère de reconnaissance.

1. Cocci :

Diplocoque

Longue chaîne : streptocoque

Grappe de raisin : staphylocoque

Tétrades : micrococcus

Cube : sarcina

2. Bacilles : forme de bâtonnets.

3. Autres formes : Hélices/spirale, filamenteuse, bourgeonnante et appendiculée...

Composition des bactériesLe nucléoïde est équivalent au chromosome.

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Membrane plasmique Structure fine qui entoure la cellule

Chez Bacteria

Hopanoïdes : molécule très abondante et importante. Remplacent les stérols. Ce sont des homologues. Ils influencent la rigidité de la membrane plasmique.

Il y a beaucoup plus de protéines membranaires pour combler le manque d’organelles.

Il y a une différence de transporteurs dans la membrane

Il y a une controverse sur la présence de glycolipides.

Chimiotactisme : Orientation spatiale grâce à des récepteurs membranaires.

Systèmes membranaires internesPermet une augmentation de la surface

Cyanobactéries

Bactéries pourpres

Bactéries nitritiantes

Inclusions cytoplasmiquesGranules de matière organique ou inorganique.

Ce sont des éléments nutritifs en excès

Organiques :

Glycogène : Carbone et énergie

Polyhydroxybutyrate (PHB) : Carbone et lipides

Vacuole gazeuses : Flottaison pour permettre d’obtenir des nutriments au fond de l’eau ou de la lumière plus en surface.

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Inorganiques :

Phosphate : granules de volutine ou de polyphosphate

Soufre : H2S, donneur d’électrons pour les bactéries pourpres.

Fer : Permet une orientation magnétique (on parle de magnétite) par magnétosome.

Nucléoïde (corps nucléaire) Dense et irrégulier : Contient 60% d’ADN, 30% d’ARN, 10% de protéines

1 chromosome qui code environ 3000 gènes

Plasmides

Petits ADN extra-chromosomiques

Facultatifs au cycle de vie normal

Porte des gènes particuliers

20 à 30 gènes maximum

Possibilité d’en avoir plusieurs

Repliement dans le nucléoïde : environ 500 fois, ordonné, replié comme un élastique tourné.

Ribosomes Sites de synthèse

Protéines intracellulaires : Cytoplasme

Protéines extracellulaires : Membrane plasmique, utilisent un peptide signal. Il y a aussi un système d’exoenzymes pour dégrader les molécules trop grosses pour entrer la membrane.

10000 ribosomes ou plus par cellule

Sous-unités 30s et 50s pour un total de 70s. Le ribosome bactérien est plus petit que celui des eucaryotes.

La transcription et la traduction se font simultanément.

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Possèdent une structure très conservée par l’évolution. Permet de comprendre des liens évolutifs (genre la phylogénie par ARNr 16s)

Paroi bactérienne Rigide. Situé à l’extérieur de la

membrane plasmique qui elle est molle.

Protège contre le milieu hypotonique en appliquant une pression et en limitant le volume maximal.

Ne protège pas contre le milieu hypertonique puisqu’il n’empêche pas l’eau de quitter le cytoplasme. On

utilise ce principe dans la conservation par le sel ou le sucre.

Composition peptidoglycane :Unique aux bactéries (bonne cible pour les médicaments).

Le peptidoglycane est composé d’un dimère de

N-Acétylglucosamine (G)

Acide N-acétylmuramique (M) : Lié à un tétrapeptide de

L-alanine

Acide mésodiaminopimélique (analogue lysine)

Acide D-Glutamique

D-alanine

Il est important de réaliser que les peptides sont D. Normalement c’est le type L qui se retrouve dans les organismes vivants. Ils sont très rares. Cela fait en sorte qu’il n’y a pas de peptidases pour les dégrader et sont donc stables.

Pontage du peptidoglycane Lien au niveau d’e l’alanine qui termine (D-alanine)

Les Gram négative ont un pontage direct.

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Les Gram positive ont des ponts de pentaglycine (5 glycines)

Paroi des Gram+

Caractéristiques importantes

Couche importante de peptidoglycanes

Présence d’acides téichoïque et lipotéichoïques (liés aux phospholipides)

L'acide téichoïque est un acide qui permet au peptidoglycane de s'attacher à la membrane des bactéries. Il est présent sur les Gram + mais pas sur les Gram -, ce qui explique le fait que les bactéries à Gram - possèdent beaucoup moins de peptidoglycane

Espace périplasmique (périplasme) peu abondant

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Paroi des Gram-

Caractéristiques importantes

Peu de peptidoglycanes

Absence d’acide teichoïque et lipotéichoïques

Espace périplasmique (périplasme) important

Chez les GRAM-, le périplasme désigne l'espace situé entre la membrane cytoplasmique (ou membrane interne) et la membrane externe, il contient le peptidoglycane (ou muréine).

Membrane externe composée de lipopolysaccharides (feuillet externe) et phospholipides (feuillet interne) (bicouche lipidique)

Protéines transmembranaires : Porines (perméabilité) et lipoprotéines (points d’ancrage)

La membrane externe permet la résistance à certains antibiotiques

La membrane externe permet la rétention d’enzymes au niveau du périplasme.

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Lipopolysaccharides (LPS) Seulement chez Gram-Composition

Chaîne latérale O ou antigène O, polysaccharide très variable

Polysaccharide central chargé négativement, composé de cétodésoxyoctanes (KDO) et de sucres

Lipide A (enfoui dans le feuillet externe). Souvent toxique et faisant du LPS une endotoxine pour certains animaux

Espace périplasmique Protéines de liaison (transport de substances

Chimiorécepteurs (locomotion par chimiotactisme?)

Enzymes hydrolytiques permettant la dégradation de grosses molécules

Une des fonctions majeures de la membrane externe est de prévenir la sortie de protéines à l’extérieur du cytoplasme.

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Coloration de Gram

Technique permettant de différencier les 2 types de parois bactériennes.

Mis au point par M. Hans Christian Gram

Dans la coloration de Gram, un complexe insoluble de violet de gentiane et d’iodure apparaît à l’extérieur de la cellule. CE complexe est extrait par l’alcool chez les bactéries Gram – mais pas chez les bactéries Gram +. Les bactéries Bram+ ont une paroi très épaisse constituée de plusieurs couches de peptidoglycane. Celles-ci sont déshydraté par l’alcool causant la fermeture des pores dans la paroi et empêchant alors la sortie des complexes de violet de gentiane et d’iodure de la bactérie.

Le lysozyme et la paroi bactérienneCette protéine a été découverte par Alexander Fleming en 1922.

Le lysozyme est une protéine globulaire formée d'acides aminés (129 chez l'être humain), que l'on rencontre dans un certain nombre de sécrétions (larmes, salive, lait maternel, mucus...) et dans le blanc d'œuf.

Il s'agit d'une hydrolase acide. Elle détruit la paroi bactérienne en catalysant l'hydrolyse des peptidoglycanes la constituant.

Hydrolyse (coupe) la liaison (lien glycosidique) qui unit le N-acétylmuramique (NAM) au N-acétylglucosamine (NAG).

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Pénicilline et paroi bactérienneLes pénicillines et les autres antibiotiques β-lactames agissent par inhibition de la formation des liens inter-peptidoglycanes dans la paroi cellulaire bactérienne. La moitié bêta-lactame des pénicillines se lie à l'enzyme (transpeptidase) qui devrait se lier aux molécules de peptidoglycane des bactéries et empêche ainsi la multiplication des bactéries.

Les pénicillines tuent les bactéries contre lesquelles elles sont actives (les gram +,et quelques gram - par passage intrabacterien possible chez ces gram -). En inhibant la synthèse de la paroi bactérienne pendant la division cellulaire des bactéries (scissiparité) les cellules ne sont plus complètement formées à la fin de la phase de division ainsi la bacteries "s'autodétruit" pendant sa phase de division. Les pénicillines sont donc actives sur des bactéries en multiplication et non en phase de repos.

Cependant, certains agents pathogènes développent une résistance à la pénicilline en dégradant le noyau β-lactame (par hydrolyse de la liaison amide) grâce à la β-lactamase, ce qui cause l'inactivation de l'antibiotique. Pour contrer cela, on utilise un inhibiteur de cette enzyme, l'acide clavulanique.

En somme

Empêche la formation des ponts peptidique (inhibe la transpeptidase)

Bactéries sont les seuls à posséder du peptidoglycane donc elles sont les seules affectées

Gram- sont plus résistants parce qu’une membrane externe protège le peptidoglycane.

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Structures en périphérie de la paroi

1-Glycocalyx

Couche visqueuse de polysaccharides et/ou polypeptides entourant la paroi bactérienne ou une colonie (agrégat multicellulaire)

Il existe deux types de glycocalyx

Capsule : Structure bien organisée qui s’enlève difficilement

Couche mucoïde : structure diffuse non-organisée qui s’enlève facilement

Fonction :

Adhérence

Protection contre les bactériophages et le système immunitaire (phagocytose)

Protection contre la déshydratation

Réservoir d’éléments nutritifs

Glycocalyx is a general term referring to extracellular polymeric material (glycoprotein) produced by some bacteria, epithelia and other cells. The slime on the outside of a fish is considered a glycocalyx. The term was initially applied to the polysaccharide matrix excreted by epithelial cells forming a coating on the surface of epithelial tissue. External to the plasma membrane, all animal cells have a fuzzy coat called the glycocalyx. This coat consists of the carbohydrate moieties of membrane glycolipids and glycoproteins. Only identical twins have chemically identical glycocalices; everyone else is unique. The glycocalyx is a type of identification that the body uses to distinguish between its own healthy cells and transplanted tissues, diseased cells, and invading organisms. The glycocalyx also includes the cell-adhesion molecules that enable cells to adhere to each other and guide the movement of cells during embryonic development.[2] Studies have shown that the glycocalyx plays a role in modulating red blood cell filling in capillaries and it is also believed to be important in many other functions of the vascular system, but studies are ongoing

2-Fimbriae (~1000 /cellule)Structures filamenteuses à la surface qui ne sont visible qu’au microscope électronique.

Composées de protéines disposées en forme d’hélice (environ 3 à 10 nm de diamètre et plusieurs μm de long)

Fonctions

Adhérence

Biofilms

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Facteurs de virulence : Les fimbriae jouent un rôle majeur pour expliquer la virulence de certaines bactéries dont E. coli, staphylocoques et streptocoques, gonocoques..) qui peuvent ainsi s'accrocher à leurs hôtes et mieux les infecter.

Virulence : En médecine, la virulence correspond au degré de rapidité de multiplication d'un virus dans un organisme donné, donc à sa vitesse d'envahissement. Cela ne présume nullement de la gravité de l'affection (éventuellement) engendrée.

Mobilité (fimbriae de type IV): Some pili, designated type IV pili, generate motile forces.[3] The external termini of the pili adhere to solid substrate, either the surface to which the bacteria are attached or to other bacteria, and subsequent pilus contraction pulls the bacteria forward, not unlike a grappling hook. As type IV pilus-mediated movement is typically jerky, it is called twitching motility, as distinct from other forms of bacterial motility, such as are mediated by flagella.

3-Pili sexuels (1 à 10/cellule) Structure similaire aux fimbriae, mais un peu plus épaisse (10 nm de diamètre)

Déteminés génétiquement par des plasmides.

Permet la conjugaison

A pilus is typically 6 to 7 nm in diameter. During bacterial conjugation, a sex pilus emerging from one bacterium ensnares the recipient bacterium, draws it in, and eventually triggers the formation of a mating bridge, which establishes direct contact, merging the cytoplasms of two bacteria via a controlled pore. This pore allows for the transfer of bacterial DNA from the bacteria with the pilus (donor) to the recipient bacteria. Through this mechanism of genetic transformation, advantageous genetic traits can be disseminated amongst a population of bacteria. Not all bacteria have the ability to create sex pili, however sex pili can form between bacteria of different species.

The fertility factor is required to produce sex pili. C’est un plasmide.

Role of F Pili in the Penetration of Bacteriophage fl: The results showed that the average number of F pili with f1 attached decreased with time as phage deoxyribonucleic acid (DNA) entered the cell. Concomitant with this loss, the remaining F pili became shorter. The rate of entry of phage DNA into the cell followed, with a short lag, the rate of loss of F pili with f1 attached. During the lag period, intact phage particles accumulated at the surface of the cell. The results from radioautographs showed that no phage DNA could be located within the F pilus. These results suggest that F pili are resorbed by the cell during infection with the bacteriophage f1. Parallel experiments with noninfected cultures further suggest that pilus resorption may be a normal cellular phenomenon.

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4-Flagelles Appendices locomoteurs s’étendant à l’extérieur de la membrane cytoplasmique et de

la paroi cellulaire

Ils mesurent de 15 à 20 μm de long et ont 20nm de diamètre

Présents chez environ 50% des procaryotes

Ultrastructure du flagelleContient trois éléments : Filament, crochet, corps basal

Filament : Partie la plus longue qui émane de la surface de la cellule. Cylindre creux non flexible formé de sous-unités protéiques de flagelline. Forme d’hélice pouvant se régénérer.

Crochet : Segment court et courbe qui unit le filament au corps basal. Plus large que le flagelle.

Corps basal : C’est le moteur fournissant l’énergie nécessaire à la rotation du flagelle. Enfoui dans la cellule (paroi et membrane). Différente selon Gram+ ou Gram-.

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Mécanisme de propulsionL’essieu tourne dans la membrane, entraînant le flagelle qui propulse la bactérie

Vitesse absolue de 100 μm/seconde

Vitesse relative de 50 unités corporelles /seconde

Chimiotactisme bactérien Deux types : Chimiotactisme positif (la bactérie s’approche vers la substance nutritive)

et chimiotactisme négatif (la bactérie s’éloigne d’une substance nocive).

Le chimiotactisme est la tendance des cellules et plus particulièrement des leucocytes ou des organismes mobiles à se déplacer dans une direction déterminée sous l'influence de divers stimuli (stimulations). Ces stimuli sont émis par des substances chimiques. Le chimiotropisme appelé également profond tropisme se caractérise par une simple orientation non accompagnée de mouvements, c'est-à-dire de déplacement dans l'une ou l'autre direction.

Endospore bactérienDéfinition : Organite facultatif qui se forme au sein du cytoplasme de certaines espèces bactériennes au moment de stress. L’endospore diffère de la cellule végétative par sa forme, sa structure, son équipement enzymatique et sa résistance.

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La sporulation est le phénomène de différenciation qui conduit de la forme végétative à l’endospore. La cellule mère restante est appelée sporange.

Caractéristiques des endospores

Résistance à la chaleur, sécheresse, U.V. et désinfectants chimiques. Les tuniques internes et externes rendent la spore imperméable et sont responsable de sa résistance aux antibiotiques.

Certains endospores sont restés viables pendant plus de 100 000ans.

Composés d’acide dipicolinique complexé au Ca2+ (15% du poids sec). Stabilise les acides nucléiques de la spore en s’intercalant entre les bases et empêchant ainsi sa dénaturation par la chaleur. Réduit la biodisponibilité de l’eau favorisant la déshydratation de la spore.

pH légèrement acide

Petites protéines acido-solubles

Le cortex est composé d’une structure analogue au peptidoglycane classique.

Anatomie des spores

Types d’endospores

- Centrale (a)

- Subterminale (b)

- Terminale (c)

- Sporange gonflé (d)

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Structure de l’endosporeExosporium (EX) : -Enveloppe mince et délicate

Tunique(SC) : Plusieurs couches protéiques assez épaisses procurant une imperméabilité aux toxines et produits chimiques.

Cortex (CX): Occupe plus de la moitié du volume de la spore. Constitué de peptidoglycanes. La paroi de la spore est dans le cortex.

Protoplaste : Nucléoïde(N) et ribosomes cytoplasmiques (CR). Le métabolisme est inerte.

La sporulation est une série d’événements complexes de différenciation cellulaire. Elle intervient lorsque la reproduction cesse par manque de nutriments. Chez Bacillus subtilis, le processus entier de sporulation dure environ 8 heures.

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Sporulation

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Les 7 stades de sporulationStade I (ou stade du filament axial) : Se caractérise par la présence d'un matériel nucléaire qui s'étend sur toute la longueur de la cellule et qui correspond à 2 génomes.

Stade II : Les deux génomes se séparent et en même temps la membrane cytoplasmique s'invagine près d'un pôle de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties inégales.

Stade III : Ce septum de sporulation va envelopper le cytoplasme (enkystement) de la plus petite partie pour former une préspore caractéristique du stade III. Formation du protoplaste.

Stade IV : Entre les deux membranes limitant la préspore se forme l’exosporium puis apparaît rapidement le cortex dont la présence est caractéristique du stade IV.

Stade V : Incorporation de Ca2+, déshydratation avancée, synthèse de SASP et d’acide dipicolinique, formation des tuniques.

Stade VI : Maturation, développement de la résistance à la chaleur et aux agents chimiques.

Stade VII : La cellule mère se lyse et libère la spore mature.

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GerminationLorsque les conditions deviennent favorables, l’endospore peut germer et donner naissance à une cellule active.

La germination est un processus habituellement rapide (de l’ordre de quelques minutes).

Chapitre III Nutrition et croissance des micro-organismes

Besoins nutritifs courants

Les macroéléments représentent 95% de la masse sèche

S

S

S

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MétabolismeDésigne l’ensemble des réactions chimiques au sein d’une cellule

Catabolisme : La complexité des molécules diminue (dégradation). Oxydation.

Anabolisme : La complexité des molécules augmente (biosynthèse). Réduction.

Sources d’énergie Phototrophie :Les mécanismes utilisent la lumière comme source d’énergie sont

uniques et complexes et génèrent une force proton-motrice qui est employée pour synthétiser l’ATP par un processus appelé photophosphorylation. La plupart des phototrophes ont reecours à l’énergie de l’ATP pour assimiler du CO2 comme source de carbone pour leurs biosynthèses; ce sont les photoautotrophes. Certains utilisent des composés organiques comme source de carbone et la lumière comme source d’énergie. Ce sont des photohétérotrophes. Il existe deux processus photosynthétiques différents mais apparentés : la photosynthèse oxygénique et la photosynthèse anoxygénique.

Chimiolithotrophie : Utilisation de composés inorganiques à la place de composés organiques comme donneurs d’électrons (réducteurs). H2S (hydrogène sulfureux), H2

(gaz hydrogène) et NH3 sont des exemples de donneurs de réducteurs inorganiques.

Chimioorganotrophie : Utilisation de composés organiques comme donneurs d’électrons.

Besoins nutritifs Source de carbone : CO2 pour les autotrophes, molécules organiques préformées et

réduites pour les hétérotrophes.

Source d’énergie : Lumière pour les phototrophes. Oxydation des composés organiques et inorganiques (H2S, NH4

+, Fe2+)

Source d’électrons : Litotrophies ont besoin de molécules inorganiques réduites. Les organotrophes ont besoin de molécules organiques réduites.

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Pour les bactéries non sulfureuses, relativement au premier groupe qui utilisent le sulfure d’hydrogène comme donneur d’électrons, eux utilisent une source de carbone organique.

Le dioxyde de carbone est une source de carbone extrêmement oxydée qui fait en sorte que ce n’est pas une source d’énergie utilisable pour beaucoup d’organismes.

Exigences nutritionnelles

1-CarboneUnité structurale de base de toutes molécules organiques

Source de carbone inorganique pour les autotrophes : Les chimioautotrophes et les photoautotrophes peuvent utiliser le CO2 comme seule source de carbone pour la biosynthèse de leurs macromolécules.

Source de carbone organique pour les hétérotrophes

1. Substances hydrocarburées pour les organismes hétérotrophes: glucides, protides, lipides, hydrocarbures, acides organiques, polyalcools.

Presque toutes les substances carbonées peuvent être dégradées.

Lorsqu’aucun chimiohétérotrophe ne peut dégrader une substance, elle est considérée comme non-biodégradable.

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2-AzoteEssentiel pour la synthèse des acides aminés (permet protéines), bases azotées (purines et pyrimidines), certains glucides/lipides, cofacteurs enzymatiques

Forme inorganique pour certains micro-organismes

Azote atmosphérique (N2) : Fixation de l’azote atmosphérique (besoin de nitrogénase). Certaines bactéries seulement : Rhizobium et Azotobacter.

Ammoniaque (NH3) : Oxydation de l’ammoniaque en nitrites (nitrosation). Exemple de Nitrosomas

Nitrites (NO2) : Oxydation des nitrites en nitrates (NO3) par nitration. Exemple de Nitrobacter. Nitrification= nitrosation + nitration.

Sels d’ammonium (NH4+) : Plusieurs espèces par exemple E. coli

Forme organique utilisée par un grand nombre de micro-organismes

Composés azotés tels que les acides aminés, les bases azotées, les phospholipides.

3-PhosphoreÉlément essentiel des acides nucléiques, de nombreux coenzymes et de l’ATP. Absorbé sous forme inorganique (PO4

2-)

4-SoufreÉlément essentiel de certains acides aminés (cystéine,méthionine)

Principalement absorbé sous forme de sulfate (SO42-) ou de composés soufrés organiques

(cystéine)

5-Ions inorganiques (Na+,K+, Mg2+, Fe2+, Ca2+, Co2+, Cu2+ ,Mn2+ ,Zn2+)Essentiels pour l’équilibre physicochimique de la cellule. Constituants d’enzymes et coenzymes, constituants des structures cellulaires, cofacteurs enzymatiques.

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6-Facteurs de croissanceComposés organiques essentiels à la croissance que la bactérie ne peut synthétiser elle-même (doivent être préformés)

Trois types : Acides aminés, vitamines et bases azotées.

Prototrophe : micro-organisme de type sauvage du point de vue nutritionnel. Autonome, pouvant croître sur un milieu minimal. C’est relativement à la souche et non pas par rapport à tous les micro-organismes (voir la définition d’auxotrophe)

Pour définir un milieu minimal, il faut déterminer les exigences nutritionnelles minimales du micro-organisme (différent d’un organisme à l’autre).

Auxotrophe : Mutant biochimique d’un organisme dont la différence avec le type sauvage (prototrophe) porte sur une exigence nutritionnelle (facteur de croissance). Il y a perte de capacité à synthétiser certains métabolites essentiels (comparé au type sauvage). Incapable de croître sur un milieu minimal.

Exemple du mutant E. coli arg- : il nécessite un ajout d’arginine dans le milieu minimal du prototrophe pour pouvoir croître.

7-EauPrincipal constituant cellulaire des micro-organismes. Indispensable comme solvant et dans les réactions biochimiques.

Les états de l’eau : Eau liée : liée aux macromolécules, ions ou toute surface hydrophile

Eau libre : suffisamment éloignée d’une surface chargée et libre de ses mouvements, propriétés physico-chimiques normales.

Seule l’eau libre du milieu est disponible pour les micro-organismes

Activité de l’eau libre : indice de la disponibilité de l’eau pour les micro-organismes.

Si on prend un bécher avec de l’eau pure, l’eau n’est pas liée et peut s’évaporer comme normalement. Si on ajoute des solutés, plus l’eau est liée et plus l’activité de l’eau est base.

Par définition l’activité de l’eau est inférieure à 1, automatiquement inférieur à l’eau pure s’il y a formation de ponts H.

Aw (Activity water) =

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La plupart des micro-organismes nécessitent une grande quantité d’eau libre pour leur croissance.

L’eau n’est plus disponible pour permettre la croissance.

8-OxygèneAccepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire pour les organismes aérobiques. Toxique pour les bactéries anaérobiques.

Eucaryotes : L’oxygène est presque toujours essentiel. Certaines levures peuvent croître en absence d’oxygène (fermentation).

Procaryotes (bactéries) : L’oxygène peut être essentiel, toléré ou encore toxique.

5 groupes de bactéries selon leur réponse à l’égard de l’oxygène.

1. Aérobies stricts : Bactéries qui exigent obligatoirement l’oxygène libre pour se multiplier. L’oxygène libre est utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire.

Exemples : Nitrobacter, Nitrosomas, la plupart des Pseudomomas.

2. Microaérophiles : Bactéries qui ne se développent qu’en présence d’une faible pression d’oxygène libre, inférieur à celle de l’atmosphère. Pression d’oxygène libre de 2 à 10% et non 21% comme l’air

Exemples : Azotobacterm Hydrogenomonas, Campylobacter

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3. Anaérobie strict ou obligatoire : Bactéries qui ne peuvent se multiplier qu’en absence totale d’oxygène libre. L’oxygène libre ne peut être utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire. Elles utilisent d’autres substances oxydatrices comme des nitrates, des sulfates ou des carbonates comme accepteur final d’électrons. C’est la respiration anaérobie.

Exemple : Clostridium, Veillonella, Desulfovibrio, Bacteroides.

Si l’accepteur final est un composé organique, on parle alors de la fermentation. Il y a alors dégradation incomplète du glocuse.

4. Anaérobie facultatif (aéro-anaérobies) : Bactéries capables de croître en présence ou en absence totale d’oxygène libre. Ces bactéries peuvent se développer à l’airde de la respiration (aérobie) ou de la fermentation (anaérobie)

Exemple : la très grande majorité des espèces bactériennes.

5. Anaérobies aérotolérants : Bactéries anaérobies mais qui ne sont pas tuées par la présence d’oxygène. En présence d’oxygène, leur croissance est plus faible que celle des anaérobies facultatifs car elles n’utilisent pas l’oxygène.

Exemple : Enterococcus faecalis

La respiration anaérobie : L’accepteur final d’électrons n’est pas l’oxygène mais des nitrates, sulfates, carbonates...

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Bouillon nutritif au thioglycolate (agent réducteur)

Toxicité de l’oxigène :il est potentiellement toxique car la réduction de l’oxygène (gain d’électrons) produit une suite de radicaux libres.

La réduction de l’oxygène provoque une série de radicaux libres toxiques

O2 + e- = O2-. (anion superoxyde, très réactif)

O2-. + e- + 2H+ = H2O2 (peroxyde d’hydrogène)

H2O2 + e- + H+ = H2O + OH. (radical hydroxyle)

OH. + e- + H+ = H2O (eau)

Le processus est accéléré par deux enzymes :

1. Superoxyde dismutase (SOD) : Dismutation

2 O2- + 2 H+ = H2O2 + O2

2. Catalase : transformer le peroxyde en eau et en oxygène

2 H2O2 = 2 H2O + O2

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Il semble y avoir une corrélation directe entre la présence des enzymes et le mode de respiration.

Croissance On peut faire croître les bactéries anaérobies par

1. Bouillon thyoglycolate2. Système GasPak : Contenant hermétique dans lequel on met le GasPak qui élimine

l’oxygène dans le récipient.3. Chambre de travail anaérobie.

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Facteurs physiques influençant la croissance des micro-organismes

Température La température est un facteur très important dans la croissance des micro-organismes à

cause de l’activité enzymatique. Elle affecte directement les réactions enzymatiques (métabolisme)des micro-organismes Température minimale: Température la plus basse à laquelle un micro-organisme peut

croître Température optimale: Température idéale permettant aux micro-organismes un taux

de croissance maximal Température maximale: Température la plus élevée à laquelle un micro-organisme peut

croître La température optimale de croissance des pathogènes de l’humain est très près de la

température du corps humain

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Le pHL'activité enzymatique des micro-organismes est directement influencée par le pH. En milieu acide ou en milieu alcalin, les enzymes sont normalement inactivées.

pH minimal: valeur de pH la plus basse à laquelle un micro-organisme peut croître pH optimal: valeur de pH idéale permettant aux micro-organismes un taux de

croissance maximal pH maximal: valeur de pH la plus élevée à laquelle un micro-organisme peut croître Type de micro-organismes selon le pH optimal:

Acidophiles : pH 0-5.5Neutrophiles : pH 5.5-8.0Alcalophiles: pH 8.5-11,5

Les bactéries préfèrent un milieu à pH 6-7 tandis que les mycètes préfèrent un pH à ~5-6

Pression osmotique : Les solutés et l’activité de l’eau La présence d’une membrane plasmique à perméabilité sélective fait en sorte que les

micro-organismes sont affectés par des modifications de la concentration en solutés (concentration osmotique) de leur milieu

Lorsque les bactéries sont placées en milieu hypotonique, l'eau entre dans la cellule mais la paroi oppose une certaine résistance mécanique à la pression osmotique

Lorsqu’une bactérie est placée en milieu hypertonique, l'eau quitte la cellule au profit du milieu ambiant (déshydratation)

- Plasmolyse (la membrane se rétracte de la paroi)

- Faible disponibilité en eau libre

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Types de micro-organismes selon leur réponse à la pression osmotique Osmotolérants: tolèrent une pression osmotique élevée

Ex: Champignons et confitures, Staphylococcus (tolère de 5-20% NaCl) Osmophiles: nécessitent une pression osmotique élevée pour croître (milieux

hypertoniques) Halophiles: nécessitent une concentration en NaCl > 2%

Ex: Pseudomonas, Vibrio vulnificus (3.5% NaCl), Halobacterium, Vibrio costicolus (20-30% NaCl) (bactéries des saumures)

Composés osmocompatibles ou osmorégulateurs: Glycine, bétaïne, glycérol, etc. Permettent d’ajuster l’activité de l’eau du cytoplasme sans nuire aux réactions biochimiques des cellules. Petites molécules relativement inertes et faciles à synthétiser.

Milieux de culture1. Milieux de culture liquides : Bouillon de culture2. Milieux solides : Même composition que les bouillons sauf qu’on ajoute de l’AGAR à 1,2-

1,5% Agar : Polysaccharide extrait d’une algue rouge utilisée comme agent gélifiant (non

métabolisable par les micro-organismes). Colonie : une seule cellule qui se divise pour former une population d’individus

identiques (culture pure).

Aspect macroscopique des colonies

Aspect macroscopique : Taille, forme, couleur, texture, relief, odeur, … sont des caractéristiques génétiques de l'espèce microbienne (critères d'identification)

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Types de milieux de culture1. Synthétique ou définis : Composition chimique connue. Milieux pauvres permettant la

croissance de certains micro-organismes seulement.2. Complexes (empiriques) : Composition chimique imprécise. Milieux riche permettant la

croissance d’une grande variété de micro-organismes.3. Enrichis : Milieux complexes enrichis de certains additifs (sang, sérum...). Favorisent la

croissance de certains micro-organismes exigeants comme les hétérotrophes fastidieux.

Milieux de culture selon l’usage Milieux de base ou de propagation : Permettent la croissance de la plupart des micro-

organismes

Ex : bouillon nutrient broth (NB) pour E. coli

Milieux sélectifs : Contiennent Contiennent des composés qui inhibent de façon sélective la croissance de quelques micro-organismes sans en affecter d’autres

Ex: La gélose MacConkey contient des sels biliaires et du cristal violet qui inhibent la croissance des bactéries Gram + (favorise Gram-)

Milieux différentiels: Contiennent des agents spécifiques permettant de déterminer la présence (ou l’absence) de caractères particuliers

Ex: La gélose MacConkey contient du lactose et du rouge neutre(indicateur de pH); La fermentation du lactose change le pH du milieu et par le fait même la coloration du rouge neutre (indicateur du pH)

 Culture pure Définition : culture composée d’une seule espèce de micro-organisme L’isolement se fait toujours sur gélose et non en milieu liquide1. Isolement par striation: A l'aide d'un manche de Koch stérile (fil de platine), les micro-

organismes sont étalés progressivement par des mouvements de va-et-vient (stries) à la surface d'une gélose. L'épuisement de l'inoculum lors de ces striations produira normalement des colonies isolées dont chacune constituera une culture pure.

2. Isolement par dilution en milieu liquide: dilutions successives en milieu liquide afin d'obtenir une dilution de l'inoculum permettant la croissance de colonies isolées sur une gélose

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Croissance des micro-organismes Définition : La croissance est définie par un accroissement du nombre de

cellules ou de la masse cellulaire totale Chez la plupart des procaryotes, la croissance d’une cellule se poursuit jusqu’à

sa division en deux nouvelles cellules par fission binaire

Mesure de la croissance bactérienne

Décompte total des micro-organismes Chambre de comptage observée au microscope

Hémocytomètre: Les levures et cellules mammifères Cellule de Petroff-Hausser: Les bactéries

Avantage facile à utiliser, rapide et peu coûteux informations sur la taille/morphologie des micro-organismes

Désavantages densité microbienne élevée décompte des cellules mortes et vivantes

*Il existe maintenant des kits commerciaux permettant de distinguer les cellules mortes et vivantes (Live/Dead BacLight Bacterial Viability)

Hémocytomètre

Dimensions: 0.1cm x 0.1cm x 0.01cm = 1/10000 cm3 Cellules/ml: 10000 x cellules comptées x facteur de dilution

Cellule de Petroff-Hausser

Dimensions : 10 fois plus petit que l’hémocytomètre Cellules/ml: 100000 x cellules comptées x facteur de dilution

Décompte des unités viables (capables de se reproduire) Méthode des dilutions en milieu liquide et d'étalement sur gélose Avantages

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Les colonies proviennent seulement des cellules vivantes capables de se reproduire

Désavantages Amas de cellules = 1 colonie (Unités Formant des Colonies) (UFC) Cellules Viables Non Cultivables (VNC)

Méthode des filtres de cellulose : L’échantillon est passé sur un filtre de cellulose dont la porosité retient les micro-organismes.

Méthode de mesure de la croissance des micro-organismes indirectes

1. Mesure de l’activité En mesurant la consommation de substrats (C, N2, O2 ou un facteur spécifique de

croissance), la concentration des constituants cellulaires (ATP, FAD ou FMN, ADN, gr de protéines) ou l'excrétion de certains produits (CO2 ou NH3), il est possible d'évaluer la concentration microbienne d'un échantillon

2. Mesure de la masse cellulaire Mesure de la masse cellulaire par le poids sec

Récolte des micro-organismes (filtration sur membrane) Lavage + dessiccation (100 à 110oC) Pesée (toutes les bactéries, mortes ou vivantes sont pesées) Valeurs exprimées en g/L Valeurs exprimées en cellules/ml (nécessite un décompte cellulaire avant de récolter les

bactéries)38

Mesure de la masse cellulaire par la turbidité par la densité optique (D.O.) Évaluation de la concentration cellulaire à l'aide de sa densité optique [D.O.]

(absorption lumineuse) à une certaine longueur d'onde (Ex 600 nm) Dans une certaine limite (106/ml < [ ] < 108/ml), la D.O. d'une suspension

microbienne est directement proportionnelle à sa concentration cellulaire Pour évaluer la concentration microbienne d'une suspension inconnue, on doit

établir à l'aide d'un spectrophotomètre une courbe de référence pour des concentrations microbiennes connues

Cycle cellulaire procaryote

Courbe de croissance microbienne

La courbe de croissance d'une population bactérienne se développant dans un milieu de culture liquide (système fermé) peut être représentée par le log10 de la concentration bactérienne (bact./ml) en fonction du temps d'incubation (heures).

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On observe alors 4 phases de croissance

1) Latence

Phase d’adaptation dans laquelle il n’y a aucune division cellulaire Synthèse de nouvelles composantes cellulaires Augmentation de la masse cellulaire (fin de la phase de latence) La durée de la phase de latence varie en fonction

de l'âge des bactéries de l'origine (composition et température du milieu)

2) Exponentielle (logarithmique)

Accélération de la croissance des bactéries ainsi que de la division cellulaire (début de la phase)

Les micro-organismes se développent et se divisent à la vitesse maximale Les constituants cellulaires sont synthétisés à des vitesses constantes les unes par

rapport aux autres (croissance à l’équilibre) La phase de croissance exponentielle est de courte durée

3) Stationnaire

Le nombre total de micro-organismes viables reste constant (Équilibre entre division et mort cellulaire)

Causes

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Limitation des nutriments (système fermé) Accumulation de conditions défavorables (déchets toxiques, acidité,…) Niveau de densité cellulaire critique

Un milieu pauvre va faire entrer en phase stationnaire très rapidement. Dépend des nutriments.

4) Phase de mortalité : Arrêt de la division cellulaire

Le nombre de bactéries viables ou cultivables diminue de façon constante en fonction du temps

Cause

Dégâts irréparables conduisant à une perte de viabilité

Réponse génétique déclenchée dans les cellules carencées en phase stationnaire

Formation de cellules viables non cultivables (VNC)

Mort cellulaire programmée

Expression mathématique de la croissance bactérienne1. Temps de génération ou de doublement (g) : intervalle entre deux divisions cellulaires

successives.

G= temps/nombre de générations

2. Taux de croissance (k) : Nombre de générations par unité de temps, inverse du temps de génération.

3. Nombre de génération (n) : Nombre de génération à un moment, dépend du nombre de cellules initiales évidemment.

N= (Log(nombre de cellule au temps t)-Log(nombre initial de cellule de la population))/log2

ChémostatSystème de culture continue (ouvert)

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Chapitre IV : Rôle des agents physiques et chimiques sur les bactéries

Contribution des bactéries au bien être de l’humain :

Production de médicaments/additifs alimentaires,…

Produits alimentaires (yogourt, fromage,...)

Décontamination des sols

Cause des problèmes de santé et économiques :

Maladies, infections

Contamination et détérioration des aliments

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Il faut des méthodes pour éliminer l’effet indésirable des micro-organismes

Importance d’outils stériles lors de chirurgie

Importance de ne pas contaminer une chaîne de production

Historiquement

Les gens préservaient les aliments par des méthodes de salage, séchage, sucrage et cuisson.

Terminologie INANIMÉS

Stérilisation [PARFAIT]: L’élimination complète ou la destruction de tous les micro-organismes viables (forme végétative et forme sporulée). Utilisée sur les objets inanimés.

Désinfection [IMPARFAIT, INANIMÉ]: Destruction ou élimination des agents pathogènes végétatifs mais pas des endospores bactériennes. Ordinairement utilisée uniquement sur les objets inanimés.

Décontamination [moins poussé que la désinfection, INANIMÉ]: Réduction de la population microbienne à un niveau sans danger selon les normes d’hygiène publique. Utilisée sur les objets inanimés.

VIVANTS

Antisepsie :Agents chimiques appliqués sur des surfaces du corps pour détruire ou inhiber les agents pathogènes.

Chimiothérapie: Agents chimiques utilisés pour tuer ou inhiber la croissance de micro-organismes à l’intérieur des tissus de l’hôte, toutes les thérapies à base d’agents chimiques dont les antimicrobiens.

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AntimicrobiensDeux types, statiques ou -cides (tueurs)

1. Substances qui empêchent temporairement le développement des micro-organismes sans les tuer

EFFET RÉVERSIBLE

Activité ‘statique’

(Bactériostatique, fongistatique)

2. Substances qui tuent les micro-organismes

EFFET IRRÉVERSIBLE

Activité ‘cidique ou cide’

(Bactéricide, fongicide, algicide, virucide)

Meilleur moyen de s’assurer que les bactéries sont mortes : remettre l’objet dans un milieu de croissance propice à la croissance des micro-organismes et examiner s’il y a croissance microbienne.

Cinétique de la mort bactérienneCourbe de létalité

Une population microbienne n’est pas tuée instantanément lorsqu’elle est exposée à un agent létal

La population est réduite de la même fraction (et non du même nombre de bactéries) à intervalles constants (taux de mortalité)

Tout comme la courbe de croissance d’une population la courbe de létalité est logarithmique. La pente de la droite est cependant négative

*Courbe logarithmique à pente négative*

Plus le taux de mortalité est grand et plus la pente de la droite est forte

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Pente du taux de mortalité

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Facteurs affectent l’efficacité d’un agent antimicrobien

1-Facteurs biologiques Taille de la population

Il faut plus de temps pour détruire une grosse population qu’une petite (préférable de nettoyer avant d’appliquer le traitement)

Composition de la population

Les endospores sont plus résistantes que les formes végétatives

Les bactéries avec une capsule (glycocalyx) sont plus résistantes

Les cellules plus jeunes plus vulnérables que les cellules matures

2-Facteurs chimiques Concentration de l’agent

La plupart du temps l’efficacité croît avec la concentration d’un produit chimique ou de l’intensité d’un agent physique

Courbe d’efficacité d’un agent n’est pas nécessairement linéaire

Parfois un agent est plus efficace à plus faible concentration (Ex: l’éthanol est plus efficace à 70% qu’à 95%, car l’eau augmente son efficacité)

Temps de contact

Plus longue est la durée d’exposition et plus nombreux sont les micro-organismes tués

Temps de contact varie selon les agents chimiques/physiques

Pour réussir une stérilisation, il faut utiliser une durée d’exposition suffisante pour réduire la probabilité de survie à 10-6 ou moins. On ne retrouve presque jamais autant d’endospores donc c’est effectivement une stérilisation.

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3- Facteurs environnementaux La température

L’efficacité d’un agent croît généralement avec l’augmentation de la température

À une température élevée on peut utiliser un agent en concentration moindre (coûts moins élevés)

Le pH

Modifie les charges électriques des macromolécules et influencent la dissociation et l’ionisation

Selon l’agent considéré le pH aura une influence positive ou négative. : La chaleur tue plus facilement à pH acide

Présence de matière organique

Les protéines ont une grande affinité pour de nombreux antiseptiques (réduit le nombre de molécules pouvant tuer les micro-organismes) Ex: Action des antiseptiques diminuée par la présence de sang, pus, …

Méthodes physiques dans le contrôle des micro-organismes

Basse température Les basses températures ne tuent pas les micro-organismes mais ralentissent leur

métabolisme et par conséquent leur multiplication (effet statique) La basse température est une méthode très importante en microbiologie alimentaire

1) Réfrigération

Ralentit fortement la croissance et la multiplication microbienne, mais ne l’arrête pas complètement.

On peut conserver des micro-organismes durant une longue période en les réfrigérant entre 4 et 7oC

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2) Congélation

Une température de -20oC ou plus bas arrête la croissance des micro-organismes à cause de la température basse et de l’absence d’eau liquide. (Congélateur: -18oC ; Glace sèche : -70oC ; Azote liquide : -195oC)

Certains micro-organismes seront tués par la rupture des membranes suite à la formation des cristaux de glace, mais la congélation ne détruit pas tous les germes.

Permet aussi de conserver certains micro-organismes.

Lyophilisation: permet d’éviter la formation de cristaux de glace à l’aide de la surgélation puis une évaporation sous vide de la glace sans la faire fondre. Le principe de base est que lorsqu’on réchauffe de l’eau à l’état solide à très basse pression, l’eau se sublime, c’est-à-dire qu’elle passe directement de l’état solide à l’état gazeux. La vapeur d’eau (ou de tout autre solvant) quitte le produit et on la capture par congélation à l’aide d’un condenseur, ou piège froid. Cette technique permet de conserver à la fois le volume, l’aspect et les propriétés du produit traité.

Haute température Le traitement thermique est la méthode la plus employée pour contrôler le

développement des micro-organismes La chaleur agit en tuant les micro-organismes La chaleur humide agit essentiellement en dénaturant les protéines et l’ADN alors que

la chaleur sèche, par oxydation

1) Stérilisation thermique La stérilisation consiste à tuer tous les micro-organismes (forme végétative et forme

sporulée) contenus dans une préparation (effet bactéricide, fongicide et virucide)

1-1) Stérilisation par la chaleur humide (L’autoclave (inventé par Chamberland en 1884))

Les micro-organismes (incluant les endospores) sont normalement tués (stérilisation) à l’autoclave en 15 minutes à 121oC sous 103,4 kPa (15 livres/pouce2) de pression (la chaleur humide est très pénétrante)

Avantages:- simple, rapide, efficace et peu dangereux

1-2) Stérilisation par la chaleur sèche (Le four Pasteur et le flambage direct)

Stérilisation au four Pasteur pendant 2 heures à 170oC (La chaleur sèche est moins pénétrante que la chaleur humide)

Objets en verre ou en métal, matières grasses peu miscibles avec l’eau Le flambage direct est l’une des méthodes les plus simples de stérilisation à la

chaleur sèche (Ex: Anse de repiquage au laboratoire, incinérateur…)

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2) Désinfection thermique: Consiste à tuer les pathogènes sans nécessairement stériliser (exclue les endospores donc croissance subséquente possible)

2-1) Ébullition

L'ébullition (100oC) pendant 10 minutes ne peut être considérée comme une méthode de stérilisation

Ce procédé détruit rapidement les micro-organismes non sporulants (bactéries végétatives) et la majorité des virus sans affecter les endospores

Par contre c’est un moyen pratique pour détruire les entérobactéries et les entérovirus

2-2) Appertisation

Comme pour l'ébullition, ce procédé thermique ne peut être considéré comme une méthode de stérilisation

L'appertisation est un procédé de conservation des denrées alimentaires par l'ébullition (100oC) prolongée des aliments dans des récipients hermétiquement fermés (pas de contamination de l’air)

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3-2) Tyndallisation

Consiste à chauffer le milieu à 60oC ou 70oC durant 30 minutes ou 1 heure, trois fois consécutives, en ménageant un intervalle de 24 heures entre chaque chauffage

Repose sur le principe que les endospores peuvent germer entre les périodes de chauffage; les formes végétatives qui en découlent vont être détruites durant les périodes de chauffage suivantes

Stérilisation incertaine

4) Pasteurisation

Comme pour l'ébullition et l'appertisation, la pasteurisation ne peut être considérée comme une méthode de stérilisation

La pasteurisation est plutôt un procédé par lequel on expose un produit thermosensible (ex: produits laitiers) à une température modérée pendant une courte période

Cette pasteurisation permet l'inactivation des micro-organismes non sporulants pathogènes (ex: Mycobacterium tuberculosis) sans altérer les caractères organoleptiques et nutritifs du produit

Pasteurisation LTH (Low Temperature Holding) : 30 min à 62,8oC Pasteurisation HTST (High Temperature Short Time) : 15 sec à 71,7oC : Lait, jus et

autres liquides thermosensibles Pasteurisation UHT (Ultra High Température) : 2 sec à 141,0oC: - Lait Grand Pré qui

se conserve à la température de la pièce avant ouverture, crème/lait à café

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Efficacité de la destruction thermique Temps de réduction décimale (D ou valeur D):

Temps requis pour tuer 90 % des micro-organismes ou des endospores d’un échantillon à une température spécifique.

FiltrationTrès utile pour réduire le nombre de bactéries dans une solution thermosensible ou même la stériliser si aucun micro-organisme n’a traversé le filtre

Ex: produits pharmaceutiques, milieux de culture, huiles, antibiotiques, etc.

Les bactéries ne sont pas détruites, elles sont simplement éliminées de la solution. Le récipient sous le filtre doit être préalablement stérilisé.

Par contre, certains micro-organismes sont plus petits que le diamètre des pores ou n’ont pas de paroi (mycoplasmes, rickettsies, chlamydia, virus).

Filtration des solutions1) Les filtres épais (très poreux)

Constitués de matières fibreuses ou granuleuses

Retiennent les bactéries par piégeage dans des canaux sinueux ou en surface

Ex: - Filtres de Berkefield en terre de diatomées (système de traitement d’eau), filtres de porcelaine (Chamberlain)

2) Les membranes filtrantes

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Disques poreux et minces de 0,1 mm d’épaisseur.

Taille des pores disponible dans une grande variété, mais souvent 0,2 mm

Filtration de l’air Stérilisation de l’air en le faisant passer dans des filtres qui retiennent les micro-

organismes

Ex.: Masques chirurgicaux, bouchon de ouate sur les flacons de culture, Hottes à flux laminaire avec filtres HEPA (High-Efficiency Particulate Air filters) qui retiennent 99,97% des particules de 0,3 μm de diamètre.

RadiationsLes radiations ultraviolettes(UV)

Région de 260-270 nm est très létale (les protéines et l’ADN absorbent les UV) mais ces radiations ne pénètrent pas bien (ex: bloquées par le verre, la poussière,…)

Utilisations

Désinfecter/décontaminer les surfaces, l’air et les matériaux qui n’absorbent pas les radiations UV, l’eau,…

Les radiations ionisantes (rayons X et gamma)(60Co et 137Cs)

Très énergétiques; production d’ions et autres espèces moléculaires réactives à partir des molécules auxquelles les particules de rayonnement se heurtent

Excellents agents de stérilisation car pénétration en profondeur dans les objets

Toutefois, dispendieux et dangereux. Utilisation limitée.

Utilisations

Stérilisation à froid d’antibiotiques, hormones, fils de suture, seringues en plastique, pansements, champs opératoires, boîtes de Pétri, aliments, etc.

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Pression osmotique L’utilisation de grande concentrations de sel (10-15%) ou de sucre (50-70%) pour la des

aliments repose sur les effets de la pression osmotique

Une concentration élevée de sel ou de sucres autour des micro-organismes crée un milieu hypertonique autour des micro-organismes, ce qui provoque la sortie de l’eau de la cellule microbienne vers le milieu (plasmolyse et faible Aw).

Ex: Solutions salines concentrées pour saler la viande ou le poisson, solutions sucrées pour conserver les fruits (confitures)

Attention !!! osmophiles et halophiles = micro-organismes potentiellement résistants

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Agents chimiques

Métaux lourds se complexent avec les protéines et précipite ainsi les protéines.

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Agents alcalins sont aussi appelés agents pontant parce qu’ils provoquent la formation de liens.

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Évaluation de l’efficacité d’un agent antimicrobienCoefficient phénol : comparer l’efficacité d’un désinfectant à celle du phénol

Calcul du coefficient :

Dilution la plus élevée capable de tuer les bactéries après 10 minutes d’exposition

Ex : Phénol = 1/4 versus Produit = 1/160

Conclusion : votre produit est 4 fois plus puissant que le phénol

Mise en garde : L’efficacité peut varier lorsque l’agent est utilisé dans un usage normal (in vivo)...

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Antibiotiques Problématique

Il faut détruire le micro-organisme sans tuer l’hôte infecté mais encore faut-il réduire le plus possible les effets secondaires indésirables

De nombreux produits chimiques détruisent les bactéries et autres micro-organismes tout en étant également fatals pour l’organisme infecté. Ils sont bien sûr à mettre à l’index

Solution Tirer profit de la diversité structurale et métabolique des micro-organismes Plus approfondies seront nos connaissances en ce domaine et plus nous pourrons

fabriquer des molécules spécifiques pour cibler adéquatement l’envahisseur sans affecter l’hôte

Chimiothérapie Traitement des maladies en utilisant des agents chimiques (s’emploie souvent dans le

sens anti-cancéreux) Antibiotique

Agent chimiothérapeutique capable de tuer ou d’inhiber la croissance de micro-organismes

Historique Paul Ehrlich (1854 - 1915)

Père de la chimiothérapie moderne Découvre que le rouge Trypan affecte le trypanosome (protozoaire transmis par la

mouche Tsé-tsé) responsable de la maladie du sommeil Arséphamine (dérivé de l’arsenic) contre le spirochète causant la syphilis

Gerhard Domagk (1935) Découvre que le rouge Prontosil, utilisé pour colorer le cuir, tue les streptocoques et

les staphylocoques pathogènes sans affecter les animaux Prix Nobel en 1939

Alexander Fleming (1928) Découvre la pénicilline. Prix Nobel 1945

Selman Waksman (1944) Découvre la streptomycine isolée de l’actinomycète Streptomyces griseus

(Actinomycètes: Gram + qui produisent des hyphes semblables aux mycètes) Prix Nobel 1952

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Propriétés des antibiotiques Toxicité sélective: Toxique pour les micro-organismes mais non toxique pour l’hôte

(Tuer ou inhiber l’agent pathogène en affectant le moins possible l’hôte) Dose thérapeutique: Concentration du produit requise pour le traitement clinique

d’une infection Dose toxique: Concentration du produit qui devient toxique pour l’hôte Indice thérapeutique: C’est un indice de la toxicité sélective

Plus l’indice est élevé, meilleur est l’agent thérapeutique car plus grande est la différence entre la sensibilité de l’hôte et celle du micro-organisme

Spectre d’action (champ d’activité): Quantité d’espèces attaquées par un agent Spectre étroit: Affecte une variété restreinte de micro-organismes

Ex: - pénicilline vs Gram +, Gentamycine vs Gram – Large spectre: Affecte une grande variété de micro-organismes

Ex: - Sulfamides peuvent agir contre les bactéries et certains protozoaires- Tétracycline et chloramphénicol agissent contre les Gram + et Gram –

Nature de l’activité antimicrobiennestatique (inhibe la croissance; réversible) cide (tue le micro-organisme; irréversible)** Peut dépendre de la concentration et de l’espèce microbienne

Types d’antimicrobiens - Antibactériens (bactéries)- Antifongiques (mycètes)- Antiprotozoaires (protozoaires)- Antiviraux (virus)

Provenance des antibiotiques Naturels: synthétisés par des micro-organismes (bactéries Gram+ et mycètes) Purement synthétiques: Synthétisés chimiquement (sulfamides, chloramphénicol,…)Semi-synthétiques: Antibiotiques naturels ayant subis une modification par l’addition d’un groupement pour les rendre moins sensibles à la dégradation par les pathogènes (Ex: ampicilline et méthicilline qui dérivent de la pénicilline)

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Mesure de l’activité antimicrobienne1) Concentration minimale inhibitrice (CMI)

Concentration la plus faible d’un antibiotique capable d’empêcher la croissance d’un micro-organisme

2) Concentration minimale létale (CML) (CMB: CM Bactéricide)

Concentration la plus faible d’un antibiotique capable de tuer un micro-organisme

**Mesure des concentrations d’un antimicrobien dans le sang

Un agent doit atteindre au siège de l’infection une concentration supérieure à la CMI du germe pathogène pour être efficace

Dans les cas de maladie grave, potentiellement mortelle, il est souvent nécessaire de contrôler la concentration des agents chimiothérapeutiques dans le sang et autres liquides corporels

Détermination de la des CMI et CML

Méthode des dilutions en milieu liquide1. Série de tubes contenant du bouillon de culture qui assure une bonne croissance2. Addition d’un antibiotique à des concentrations variant de 0,1 jusqu’à 128 μg/ml3. Inoculation des tubes avec le micro-organisme à tester4. Incubation de 16 à 20 heures dans un environnement adéquat5. La concentration la plus faible qui inhibe la croissance bactérienne = CMI

Pour déterminer la CML6. Un échantillon de chacun des tubes qui ne présentent pas de croissance est inoculé dans

des tubes de bouillon frais sans antibiotique ou sur un agar sans antibiotique7. La concentration d’antibiotique la plus faible à laquelle les bactéries furent soumises dans

la détermination de la CMI et qui ne présente pas de croissance dans ce nouveau milieu sans antibiotique = CML. Donc les bactéries ont été tuées

59

60

Méthode de diffusion sur gélose (méthode de Kirby-Bauer, antibiogramme)1. Ensemencer uniformément la surface d’une gélose avec un écouvillon stérile trempé dans une suspension bactérienne

2. Déposer sur la gélose des disques imprégnés d’antibiotique

3. L’antibiotique diffuse à partir du disque en formant un gradient de concentration (plus forte concentration près du disque)

4. Après incubation (16 à 18 h) il y a un halo autour des disques où les bactéries ne se sont pas développées. Plus le diamètre du halo est grand et plus l’espèce est sensible à l’antibiotique (pour un antibiotique donné)

* En général plus la zone est grande et plus l’antibiotique est efficace

* Il est difficile d’évaluer l’efficacité de deux antibiotiques différents en mesurant les diamètres d’inhibition contre une espèce bactérienne:

- Les vitesses de diffusion et leur solubilité peut être différentes…

E-test : gradient de concentration d’antibiotique sur la bandelette.

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Effets secondaires Les agents antimicrobiens, bien que dotés d’une toxicité sélective, ne sont pas sans effet

sur l’hôte. Atteintes hépatiques ou rénales

Élévation du taux sanguin des pigments biliaires (jaunisse) Les glomérulonéphrites et les tubulopathies sont les atteintes rénales les plus

fréquentes Allergies (hypersensibilités)

Allant de simples éruptions cutanées au choc anaphylactique (pénicilline) Troubles gastro-intestinaux

Nausées, vomissements, diarrhées… Surinfections

Les antibiotiques ne frappent pas suffisamment de façon sélective le micro-organisme qui cause l’infection. Les populations des bactéries commensales (intestin, vagin) peuvent être déséquilibrées au point de ne plus agit à titre de barrière pour des micro-organismes pathogènes

Altération de l’hémocytopoïèse (production de cellules sanguines) Altération temporaire et bénigne Production moindre d’érythrocytes ou fragilité accrue (hémolyse) Immunodéficience légère et temporaire (diminution leucocytes) Atteintes irréversibles de la moelle osseuse diminution de la production des divers types de globules (Ex.:chloramphénicol)

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Facteurs influençant l’activité des antibiotiques

Capacité d’atteindre le siège de l’infection

Importance du mode d’administration Orale : Résistance acidité de l’estomac, facilement absorbé par l’intestin Cutané (topique): Directement sur la peau pour les infections cutanées Parentérales (injections intraveineuses, intramusculaires, timbres)

Caillot sanguin et tissus nécrotiques peuvent empêcher l’antibiotique d’atteindre les bactéries (absorption, liquide corporel qui ne peut y diffuser)

Sensibilité de la bactérie à l’agent

Bactérie en phase de latence sera insensible aux antibiotiques (absence de réplication, absence de synthèse de la paroi)

Mycoplasmes sans paroi insensibles à la pénicilline Résistance

Concentration plus élevée que la CMI

Influencée par:1. quantité administrée2. voie d’administration 3. vitesse d’absorption4. vitesse d’élimination du corps

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Substances antibactériennes

Pénicillines [Inhibition de la synthèse de la paroi]

Indice thérapeutique élevé La pénicilline G (Fleming, 1929) est produite par Penicillium chrysogenum Maintenant versions semi-synthétiques Cycle b-lactame essentiel pour l’activité (b-lactamines), les bactéries développent une

résistance en utilisant la bêta-lactamase Bactéricide Les moins toxiques des antibiotiques, mais 1-5% des adultes allergiques Il y a de plus en plus de résistance envers les pénicillines

Céphalosporines [Inhibition de la synthèse de la paroi]

Indice thérapeutique élevé Le premier découvert est produit par le mycète Cephalosporium (1948) Maintenant versions semi-synthétiques Spectre d’activité plus large que les pénicillines Cycle β-lactame comme les pénicillines, mais plus résistant aux pénicillinases Prescrits souvent aux patients souffrant d’allergie aux pénicillines Bactéricides

Sulfamides [Substance antagoniste du métabolisme (antimétabolites)]

Indice thérapeutique élevé Entrent en compétition avec l’acide p-aminobenzoïque (précurseur de la biosynthèse de

l’acide folique essentiel chez les bactéries) Synthèse des nucléotides est inhibée, il en va de même pour l’ADN et les ARN -

Bactériostatiques (besoin du système immunitaire) Les humains sont incapables de synthétiser l’acide folique Efficacité limité: résistance croissante + effets secondaires (allergies)

Aminoglycosides (noyau cyclohexane +sucre aminé) [Inhibent la synthèse protéique]64

Indice thérapeutique relativement élevé Inhibent la synthèse protéique en se fixant sur la sous-unité 30S des ribosomes, provoquant

ainsi des erreurs de lecture de l’ARNm Bactéricides et plus efficaces contre les gram - La streptomycine, la kanamycine, la néomycine sont synthétisés par le genre Streptomyces.

La gentamycine est synthétisé par le genre Micromonospora De moins en moins utilisés (résistance et assez toxiques)

Tétracyclines [inhibent la synthèse protéique]

Indice thérapeutique relativement élevé Structure à 4 cycles, avec diverses chaînes latérales Produites par Streptomyces sp, mais aussi versions semi-synthétiques Fixation sur la sous-unité 30 S (empêchent la fixation des aminoacyl-ARNt sur le site

A des ribosomes) Effet bactériostatique et non bactéricide (besoin du système immunitaire) Large spectre, mais effets secondaires importants

Chloramphénicol [inhibent la synthèse protéique]

Indice thérapeutique relativement élevé Produit au départ par Streptomyces venezuelae Maintenant obtenu par synthèse chimique Fixation sur l’ARN 23 S où il inhibe l’élongation de la chaîne peptidique Très large spectre, mais affecte la moelle osseuse de façon temporaire ou permanente. À

utiliser en dernier recours. Bactériostatique.

Macrolides [inhibent la synthèse protéique]

Indice thérapeutique relativement élevé Cycle lactone de 12 à 22 carbones associé à un ou plusieurs sucres Synthétisé par Streptomyces erythraeus Bactériostatique et spectre relativement large Se fixe sur l’ARN 23 S de la sous-unité 50S et inhibe l’élongation de la chaîne peptidique. Ex:

Érythromycine, l’azithromycine, … Prescrits aux patients allergiques aux pénicillines

Quinolones [Inhibe la synthèse des acides nucléiques]

Indice thérapeutique peu élevé

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Antibiotiques synthétiques avec un noyau de 4-quinolone Inhibe la topoisomérase II (gyrase) en se fixant au complexe ADN-gyrase Réplication et réparation de l’ADN sont sévèrement perturbées au point de tuer la bactérie

(Bactéricide) Large spectre et couramment utilisées

Polymixine B [Détruit la membrane plasmique]

Indice thérapeutique peu élevé Se fixe à la membrane plasmique et en perturbe sa structure et ses propriétés de

perméabilité sélective Bactéricide Utilisation restreinte (pommades topiques), car trop toxique…

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67

Production et utilisation d’antibiotiques

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Résistance aux antibiotiquesOrigines et transmission de la résistance

1. Mutation – sélection (rare) Mutation spontanée dans le chromosome qui rend la bactérie résistante Si elle n’est pas détruite par le système immunitaire de l’hôte elle est sélectionnée et

peut se développer plus rapidement que les bactéries non mutantes demeurées sensibles à l’antibiotique. Sélection naturelle

2. Plasmide de résistance (R) (fréquent) Plasmide qui contient des gènes codant des enzymes qui affectent l’antibiotique Transfert du plasmide à d’autres bactéries par conjugaison, transduction ou

transformation (transfert horizontale)

Mécanismes de résistance1. Blocage de la pénétration de l’antibiotique

Membrane externe des Gram - qui empêchent le passage de la pénicilline G

Perméabilité réduite des sulfamides (doivent atteindre le cytoplasme)

Mycobactéries et couche lipidique complexe externe (acides mycoliques)

2. Excrétion

Pompage vers l’extérieur de la cellule. Présence de pompes effluentes non-spécifiques (Multirésistance)

3. Inactivation des antibiotiques par les bactéries (modifications chimiques)

Pénicillinase (β-lactamase) qui hydrolyse le noyau β-lactame des pénicillines

Addition de groupes chimiques sur les antibiotiques (phosphorylation, acétylation)

4. Modification de la cible de l’antibiotique

Une fois modifiée, l’enzyme ou l’organelle n’est plus sensible à l’antibiotique Ex.: Modification d’un ribosome

5. Utilisation d’une voie alternative

Résistance aux sulfamides en utilisant l’acide folique de leur environnement au lieu de le synthétiser

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Stratégies pour réduire le risque d’émergence des résistances

1. Concentration de l’antibiotique assez élevée pour détruire les mutants spontanés2. Combinaison d’antibiotiques: exige que la bactérie soit multirésistante 3. Réduire l’utilisation des antibiotiques à large spectre : Identification de la bactérie,

détermination de sa sensibilité aux antibiotiques et utilisation de l’antibiotique à spectre étroit approprié

4. Éviter l’abus d’antibiotiques : S’assurer qu’il s’agit bien d’infections bactériennes…5. Nouvelles approches (Ex. les virus bactériophages)

Chapitre V, génétique bactérienne

TransformationFrederick Griffith (1928):

Étudie le transfert de la virulence de la bactérie pathogène

Streptococcus pneumonia

Principe de l’expérience de Griffith

A) Types morphologiques de pneumocoques

1) Pneumocoques sauvages encapsulés et virulents (forme S)

Les pneumocoques entourés d'une capsule de polysaccharides (encapsulés) sont virulents (septicémie mortelle) et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est lisse (forme S: smooth ou forme L: lisse)

2) Pneumocoques mutants non capsulés et non virulents (forme R)

Les pneumocoques mutants sans capsule ne sont pas virulents et ils forment sur un milieu solide des colonies dont le contour est dentelé (forme R : rough, rugueuse)

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B) Transformation des pneumocoques de forme R en pneumocoques de forme S

Des souris inoculées avec un mélange de pneumocoques S virulents tués par la chaleur (non pathogènes) et de pneumocoques R non virulents vivants (non pathogènes) meurent. De plus, des pneumocoques S virulents vivants sont isolés à nouveau de ces souris mortes.

Il semble que les débris (agent transformant) des pneumocoques S chauffés (non vivants) transforment des pneumocoques R vivants en forme S.

C) Agent transformant: l’ADN

En 1944, Oswald Avery, C.M. Macleod et McCarthy ont démontré que l'ADN présent dans les débris des pneumocoques S tués par la chaleur est la seule classe de molécules qui transforme des colonies rugueuses (pneumocoques R vivants) en colonies lisses (pneumocoques S vivants). Les protéines et les lipides n’ont aucun pouvoir de transformation

La démonstration que l'ADN est l'agent transformant constituait pour la première fois une preuve que la substance responsable de l'hérédité (gènes) était l'ADN. On croyait jusque là que c’était les protéines car elles sont plus complexes que l’ADN

Définition de la transformation bactérienne

• Processus dans lequel une bactérie receuveuse absorbe de l'ADN nu libéré dans le milieu par la lyse accidentelle ou provoquée de bactéries donneuses

• Ces fragments d'ADN absorbés peuvent se recombiner au chromosome de la bactérie réceptrice pour ainsi produire des transformants (recombinants bactériens)

Caractéristiques de la transformation bactérienneCompétence bactérienne: Aptitude de certaines bactéries à absorber des fragments d’ADN libre et de les incorporer dans son génome, au cours de la transformation.

Facteurs de compétence: récepteurs, nucléases, protéines liant l’ADN simple brin

Paramètres pouvant influencer la compétence:

Espèce bactérienne Phase de croissance Changement rapide de température Milieux de culture

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B) Exemples de bactéries compétentes

Bactéries Gram + : Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, …

Bactéries Gram - : Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, …

Importance de la transformation bactérienne Transfert génétique horizontal ou latéral : Processus dans lequel un organisme intègre

du matériel génétique d’un autre organisme sans en être le descendant. Cartographie génétique à l’aide de la transformation bactérienne Position des gènes sur le chromosome bactérien Génie génétique Induction de la compétence chez E. Coli (bactérie naturellement non transformable) par

traitement au chlorure de calcium [CaCl2] et d’un choc thermique. De l’ADN de n’importe quelle origine peut être introduit dans des bactéries en l’insérant

dans un plasmide avant transformation (107 à 108 transformants/mg d'ADN)

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Conjugaison bactérienneDécouverte de J. Lederberg et E. Tatum (1946)

Ils utilisèrent deux souches auxotrophes, présentant plusieurs exigences nutritionnelles différentes (poly-auxotrophes), obtenues par mutation de la souche prototrophe E. Coli K12

Souche A: Bio - Phe- Cys- Thr+ Leu+ Thi+

Souche B: Bio+ Phe+ Cys+ Thr- Leu- Thi-

(+ = synthèse; - = absence de synthèse)

(Bio: biotine; Phe: phénylalanine ; Cys: cystéine ; Thr: thréonine; Leu: leucine; Thi: thiamine)

Principe de l’expérience de Lederberg et Tatum

Ils étalèrent soit environ 108 bactéries de la souche A ou de la souche B (groupes témoins), soit un mélange de bactéries des deux souches (groupe expérimental: lemélange est préalablement incubé pendant 4 à 5 heures dans un milieu riche) sur des boîtes contenant du milieu minimal (eau, sels minéraux, glucose et agar)

Résultats

A) Groupes témoins

Aucune colonie n’apparaît sur les milieux ensemencés avec des bactéries de la souche A ou de la souche B car milieu minimal

B) Groupe expérimental

Environ 10 colonies deviennent visibles (croissance) sur le milieu ensemencé avec le mélange de bactéries de la souche A et de la souche B (fréquence: 101 / 108 = 10-7 = 1/10 000 000).

Ces colonies sont nécessairement prototrophes puisqu'elles sont capables de croître sur un milieu minimal sans supplément nutritionnel

Conclusion

Les nouvelles colonies de type prototrophe (Bio+ Phe+ Cys+ Thr+ Leu+ Thi+) obtenues sur le milieu minimal sans supplément nutritionnel (groupe expérimental) sont des bactéries recombinantes résultant probablement d'un échange de matériel génétique entre les deux souches bactériennes.

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Caractéristiques de la conjugaison bactérienne1. Nécessite un contact physique entre les bactéries (B. Davis 1950)

Un contact physique entre les deux souches est essentiel pour produire des bactéries prototrophes (recombinants) (Expérience du tube en U).

Il fallait s’assurer que c’était un contact physique qui transmettait l’information génétique et donc il y avait un filtre laissant passer seulement le milieu de culture et après quelques heures, il les ensemença sur milieu minimum et n’observa pas de croissance.

2. Présence d’un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donneuses (W. Hayes 1952)

Hayes démontra que le transfert de gènes observé par Lederberg et Tatum s’effectuait dans un sens déterminé. Il émit donc l'hypothèse de la présence d'un facteur de fertilité (F) dans les bactéries donatrices

A) Bactéries receveuses: F- (sans facteur de fertilité)

B) Bactéries donneuses: F+ (avec un facteur de fertilité F)

Lors d’un croissement F+ x F-, les descendants ne sont que rarement modifiés dans leur auxotrophie, mais les souches F- deviennent fréquemment F+

Le Facteur de fertilité F est sur un plasmide

C) Bactéries donneuses: Hfr (haute fréquence de recombinants)

Les bactéries donneuses transferts des gènes chromosomiques avec une grande efficacité, mais ne transforment pas les bactéries receveuses en cellule F+. (croissement Hfr x F- : recombinants bactériens)

Le facteur de fertilité F est intégré dans le chromosome bactérien à des sites spécifiques

3. Transfert linéaire de l’ADN (plasmide ou chromosome) de la bactérie donneuse dans la bactérie receveuse F- (E. Wollman et F. Jacob 1957)

Le chromosome circulaire (Hfr) ou le plasmide F de la donneuse est transféré dans la receveuse F- de façon linéaire à partir d'un point spécifique appelé origine de transfert [O] (transfert orienté et progressif).

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Définition de la conjugaison bactérienne

Mécanisme qui consiste en un transfert linéaire et unidirectionnel du chromosome bactérien (Hfr) ou du plasmide F de la cellule donneuse à la cellule receveuse (F-) à l'aide d’un contact direct entre les cellules (contact initié par le pilus sexuel)

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Plasmide FStructure générale du plasmide F (plasmide conjugatif)

Le plasmide F est une petite molécule d'ADN bicaténaire circulaire de 95-100 kpb, extra ou intrachomosomique (épisome), autoréplicable et autotransférable

Épisomes

Plasmides libres ou intégrés au chromosome de l’hôte

Éléments génétiques susceptibles de se répliquer dans l’un des deux états:

1) Intégrés au chromosome de la cellule hôte

2) Libres dans le cytoplasme

Ex: Plasmide F (F+ ou Hfr)

Principaux types de plasmides

Plasmide F: Facteur de fertilité (Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus,…) Plasmides R: Résistance aux antibiotiques et autres inhibiteurs… Plasmides Col: Production et résistance aux bactériocines (colicine) Plasmides de virulence: enterotoxines, invasion, antigènes,… Production d’antibiotique (Streptomycine) Plasmides métaboliques: dégradation de substances inhabituelles,…

Peuvent être conjugatifs (transférables d’une bactérie à une autre durant une conjugaison promue ou non par un autre plasmide)

Intégration du plasmide F

Le plasmide F peut s’intégrer dans le chromosome bactérien en de nombreux sites différents au niveau de séquences d’insertion. Dans l’exemple il s’afit de IS3 localisée entre les gènes chromosomiques pro et lac. Certains gènes du plasmide sont présents.

Lors du transfert chez Hfr, il y a une coupure à l’origine de transfert puis un transfert de l’ADN à la cellule receveuse. C’est pour cela que le plasmide F est essentiel au transfert parce que c’est là que se produit l’ouverture.

Les plasmides conjugatifs sont les premiers plasmides qui ont été découverts chez la bactérie Escherichia coli dans les années 1950. On les appelle aussi facteurs de fertilité ou plasmides F. Ces plasmides confèrent à la bactérie hôte la capacité de synthèse de pili dit sexuels. Par l'intermédiaire

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de ces pili, la bactérie porteuse (donneuse) peut transférer une copie du plasmide F par processus de conjugaison bactérienne. Les plasmides F possèdent au minimum une origine de réplication et tous les gènes nécessaires à la synthèse des pili et du transfert du plasmide. Certains plasmides F sont des épisomes, c'est-à-dire qu'ils peuvent s'intégrer dans le génome chromosomique.

Conjugaison bactérienne : Hfr x F-

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Conjugaison F’ ou sexduction

Comme le plasmide F est un épisome, il peut quitter le chromosome bactérien et reprendre son statut autonome de facteur F. Au cours de ce processus, il arrive que le plasmide fasse une erreur d’excision et emporte une portion du chromosome. On l’appelle alors le plasmide F’ car in est génétiquement distinct du plasmide F.

Conjugaison F’ ou sexduction : Acquisition par une bactérie receveuse (F-), lors du processus de conjugaison, de gènes chromosomiques liés au plasmide F (F’)

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Importance de la conjugaison bactérienne

Transfert génétique horizontal ou latéral Cartographie du chromosome bactérien à l’aide de la conjugaison bactérienne

Cartographie par conjugaison interrompue: unité de minute

Principe de la méthode

1. Croisement Hfr x F- 2. Échantillons prélevés à intervalles de temps réguliers3. Agitation courte mais violente (inhibition du transfert: conjugaison interrompue)4. Étalement sur des milieux sélectifs différents permettant de dénombrer différents types de

recombinants bactériens (conjugants)

* La vitesse de transfert de l'ADN étant relativement constante, le temps d'entrée des marqueurs génétiques donne une idée exacte de la distance relative (en unité de temps) qui les sépare

À l'aide de différentes souches Hfr, la carte chromosomique d' E. Coli fut divisée en 100 minutes, chaque minute correspondant à environ 20 loci. Par convention, la position 0 (zéro) se situe au locus thr de la souche HfrH (Hayes) et la direction du transfert s'effectue dans le sens horaire

Loci: locus (plural loci) is the specific location of a gene or DNA sequence on a chromosome. A variant of the DNA sequence at a given locus is called an allele. The ordered list of loci known for a particular genome is called a genetic map. Gene mapping is the process of determining the locus for a particular biological trait.

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Transduction bactérienneBactériophages

Description d’un bactériophage Virus de bactéries constitué d'une capside protéique contenant une molécule mono ou

bicaténaire d'ADN ou d'ARN et pouvant se retrouver sous deux stades: intracellulaire et extracellulaire

Les phages sont des parasites intracellulaires obligatoiresTypes de bactériophages

Phages virulents: cycle lytiqueLes phages qui lysent (destruction) toutes les bactéries qu'ils infectent sont appelés phages virulents

Ex.: phages de la série T

Phages tempérés: cycle lytique ou cycle lysogénique

Le phage tempéré peut se comporter comme un phage virulent et suivre le cycle lytique ou demeurer à l'état latent dans une bactérie hôte (cycle lysogénique)

Ex.: P1 tempéré, P22 tempéré, lambda tempéré

Bactéries lysogènes

Bactéries qui possèdent et transmettent à leur descendance le pouvoir de produire des phages en absence d’infection (elles possèdent l’ADN du phage)

Ex : E. coli (lambda), E. Coli (P1)

Prophage

Forme latente du génome viral qui réside dans l’hôte sans le détruire

Ex : Prophage lamda de E. coli

L’ADN du phage lambda s’intègre par recombinaison dans un site spécifique du chromosome d’E. coli et y demeure dans un état passif (prophage)

Certains bactériophages (appelés phages tempérés) peuvent demeurer dans un état quiescent en intégrant leur matériel génétique à l'ADN de la bactérie. On parle alors de provirus ou de prophage, c'est-à-dire un virus dont le matériel génétique est intégré au génome de l'hôte. Ces phages endogènes, sont copiés à chaque division cellulaire avec l'ensemble de l'ADN de la bactérie, que l'on qualifie alors de lysogène. Pendant cette phase de latence, l'expression des gènes codés par le génome du phage est en général réprimée par une protéine répresseur.

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Transduction bactérienne

Définition

Transfert génétique au cours duquel un ou plusieurs gènes bactériens sont transmis d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse par l’intermédiaire d’un bactériophage transducteur qui agit comme vecteur en transportant une portion du chromosome bactérien de la donneuse à la receveuse

Il existe deux types de transduction: généralisée ou spécialisée

**Importance de la transduction bactérienne (généralisée et spécialisée)

• Transfert génétique horizontal ou latéral

• Cartographie du chromosome bactérien

1. Transduction généralisée

Transduction dans laquelle les phages tempérés ou virulents transportent un exogénote bactérien qui peut correspondre à n'importe quel fragment du chromosome de la bactérie donneuse. Ex.: P1 / E. Coli, P22 / S. typhimurium

Cinétique de la transduction généralisée (ex.: P1 / E. Coli)

Comme pour la transformation et la conjugaison, la cinétique de la transduction bactérienne consiste en deux grande étapes:

Transfert de marqueurs génétiques de la donneuse à la receveuse par l’entremise d’un vecteur phagique

Recombinaison de ces marqueurs au génome de la bactérie receveuse

Cinétique de la transduction généralisée1) Infection phagique des bactéries donneuses

2) Erreur lors de l’assemblage des phages (encapsidation)

Lors de l’encapsidation du génome phagique, un court fragment d’ADN peut être incorporé (encapsidé) par erreur et au hasard dans la tête phagique, soit la formation d’un phage transducteur

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3) Lyse des bactéries donneuses et libération de phages normaux et transducteurs

La très grande majorité (>99%) des phages produits sont normaux tandis qu’une minorité possèdent seulement de l’ADN bactérien dans leur capside (Phages)

Les phages transducteurs ne contiennent pas d’ADN viral !

4) Infections des bactéries réceptrices par les phages normaux et transducteurs

L’infection d’une bactérie par un phage transducteur (incapable de lyser la bactérie) produira un transductant (après intégration de l’ADN par recombinaison dans le génome de la bactérie réceptrice)

On peut se servir de la transduction générale pour déterminer la distance entre deux gènes si on suppose que l en déterminant la fréquence de cotraduction.

Transduction spécialisée Transduction dans laquelle un phage tempéré, défectif pour une partie de son information génétique, a inséré, de manière stable dans son génome, un fragment d'ADN de la bactérie donneuse correspondant à quelques gènes bactériens spécifiques

Ex.: lambda / E. Coli, φ80 / E. Coli

Cinétique de la transduction spécialisée (ex.: lambda / E. Coli)

1) Libération du prophage du chromosome d’une bactérie sauvage lysogène donneuse

Sous certaines conditions de culture (ex.: irradiation aux ultraviolets), le prophage devient susceptible à son excision du chromosome bactérien

2) Erreur d’excision du prophage

À l'aide d'enzymes phagiques spécifiques, il y a excision normale du prophage produisant ainsi un génome phagique et un génome bactérien intact

Avec une fréquence très faible (10-6 à 10-7), il peut se produire une erreurd'excision suite à des clivages incorrects. Cette erreur d'excision produit des fragments hybrides d'ADN (ADN phagique + ADN bactérien)

Puisque le prophage lambda s'intègre dans le chromosome bactérien entre les gènes bactériens gal et bio, certains phages transducteurs contenant gal [phage lambda défectif gal] ou bio [phage lambda défectif bio] peuvent être produits suite aux erreurs d'excision, d'où la transduction spécialisée

3) Lyse des bactéries donneuses et libération des phages normaux et des phages défectifs

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La majorité des phages libérés sont normaux tandis qu'une faible proportion sont transducteurs (fréquence de phages lambda défectifs: 10-6 à 10-7)

4) Infection de bactéries receveuses par des phages normaux/défectifs

5) Recombinaison homologue de l’ADN transduit au génome de la bactérie receveuse (transductant)

Résumé transduction

L’ADN est transféré d’une cellule à une autre par un bactériophage.

Le virion transducteur est généralement non0infectieux car les gènes bactériens ont remplacé les gènes viraux impliqués dans sa virulence (désigne le caractère pathogène, nocif et violent d'un micro-organisme).

Transduction généralisée : Phage P22/ Salmonella et P1/E. coli. L’ADN peut théoriquement provenir de n’importe quelle partie du génome et devenir l’ADN du virion mature à la place du génome viral. Si les gènes du donneur ne subissent pas une recombinaison homologue avec le chromosome bactérien du récepteur, ils sont perdus. Ils ne peuvent se répliquer indépendamment et ne font pas partie d’un génome viral.

Particule transductrice : virion qui ne porte pas d’ADN viral mais plutôt l’ADN bactérien.

Les phages qui forment des particules transductrices peuvent être tempérés ou virulents.

Transduction spécialisée : Phage Lambda. Implique la transduction de l’opéron galactose. Seulement chez certains phages spécialisés. L’ADN d’une région spécifique de l’hôte est directement intégré dans le génome viral remplaçant certains gènes viraux. Il peut y avoir recombinaison homologue mais l’ADN bactérien donneur constitue une partie du phage tempéré. Le gène peut donc être intégré dans le chromosome de l’hôte lors de sa lyogénisation ou bien être répliqué dans une infection lytique.

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Chapitre VI relation hôtes-micro-organismesGénéralité

Un écosystème se définit comme un ensemble dynamique composé d’une communauté (ensemble de populations) et de facteurs abiotiques (humidité, lumière, température) avec lesquels les organismes interagissent

Le corps humain peut être comparé à une multitude d’écosystèmes dans le sens où il est formé de plusieurs communautés de cellules qui vivent dans des conditions environnementales différentes

En plus des cellules eucaryotes (~60 000 milliards) qui nous constituent, il faut ajouter les micro-organismes qui habitent les divers écosystèmes de notre corps. En fait nous transportons tous les jours plus de cellules procaryotes que nos propres cellules eucaryotes. En réalité nous pourrions renommer les divers systèmes qui nous composent d’écosystèmes (respiratoire, digestif, uro-génital, …) tant les conditions abiotiques et biotiques diffèrent

Les micro-organismes interagissent non seulement avec leurs environnements, mais également avec d’autres organismes

Microflore normale du corps humainDéfinition: Mélange de micro-organismes que l’on trouve régulièrement dans un site anatomique donné (microbiota normale; flore commensale)

• Résidants : - Micro-organismes rencontrées en permanence chez l’hôte

• Temporaires: - Micro-organisme rencontrées de façon temporaire (jours/mois) chez l’hôte. Fixation et multiplication difficiles.

Milieu intérieur/extérieur:

Le milieu extérieur d’un animal est le milieu dans lequel vit cet animal

C’est le milieu en contact avec sa surface (peau/muqueuses)

La peau et les muqueuses sont toujours en contact avec les micro-organismes de l’environnement et sont rapidement colonisés par diverses espèces microbiennes

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Le milieu intérieur est liquide interstitiel qui remplit les espaces entre les cellules

Cerveau, sang, liquide céphalorachidien, muscles,…

Milieu très riche dans lequel tout micro-organisme aimerait baigner

Normalement dépourvus de micro-organismes chez une personne en bonne santé.

Colonisation

Le développement du fœtus se fait dans un milieu stérile; le liquide amniotique. À ce moment le fœtus ne possède aucune flore commensale

Colonisation au moment de la naissance par la flore vaginale et l’environnement (gens, nourriture, peau de la mère, …)

• L’alimentation semble un facteur déterminant dans la colonisation bactérienne:

• L’enfant nourri au sein possède les mêmes espèces qu’un enfant nourri au lait maternisé, mais la concentration de chacune des espèces varie

Ex.: Bifidobacterium bifidus en plus grande concentration que E. Coli ou Bacteroides chez les enfants allaités

en lactose/lipide/prébiotiques dans le lait diffère chez la femme et la vache. Bifidobacterium transformerait le lactose en acide lactique acidifiant ainsi le contenu intestinal et formant un effet de barrière contre les pathogènes

2 jours après la naissance la peau et les muqueuses sont colonisées, mais évolution…

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Animaux gnotobiotiques (microflore connue) et axéniques (dépourvus de microflore)

Permet d’examiner les interactions entre des animaux et des micro-organismes spécifiques

Établissement d’une colonie axénique (ex souris)

Césarienne dans des conditions aseptiques dans une chambre stérile

Transfert des animaux nouveau-nés dans des incubateurs stériles (air, eau et nourriture fournis stérilement)

Une fois accoutumé, reproduction pour maintenir une lignée

Principales caractéristiques des animaux axéniques

Plus sensibles aux pathogènes (absence de l’effet barrière des commensaux)

Absence de carie/plaque dentaire

Tissus lymphoïdes peu développés

Parois intestinale peu épaisse et selles plus molles (absorption d’eau ralentit)

Plus faible titre d’anticorps

Exigent de grande quantité de vitamine K et de complexes B

Débit cardiaque et taux métabolique réduit

Relations entre l’hôte et la microflore normaleGénéralités

Quel type de relation symbiotique les micro-organismes ont-ils établi avec l’Homme ?

Mutualisme : Les micro-organismes apportent un certain bénéfice (vitamines produites par les bactéries du côlon). Chez les ruminants, les micro-organismes (bactéries et protozoaires) de la panse sont indispensables car ils digèrent la cellulose

Commensalisme : Certains micro-organismes tirent un avantage certain de l’hôte humain (nourriture, humidité, température) sans l’affecter

Parasitisme : Oui, lorsque seuls les micro-organismes en tirent profit. L’hôte est généralement lésé. Ex.: Pathogène lorsque l’hôte est affecté

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Commensalisme vs parasitisme

La relation entre un hôte et les micro-organismes qu’il abrite est un équilibre précaire qui peut basculer en faveur de l’un ou de l’autre

Normalement les micro-organismes commensaux établissent un équilibre durable avec l’hôte. Ils profitent de l’hôte sans l’affecter. Ils peuvent même offrir une certaine protection contre l’invasion par les pathogènes (effet barrière)

Par contre si par mégarde ils sont introduits dans un endroit qu’ils n’occupent pas normalement, ils peuvent se comporter comme des parasites et il peut s’en suivre une infection

Ex.: E. coli et infections urinaires

De même si les défenses immunitaires de l’hôte sont affaiblies l’équilibre précaire peut être rompu à la faveur du micro-organisme

Ex.: les personnes infectées par le VIH

**Pathogène opportuniste: micro-organisme de la flore normale qui devient pathogène dans certaines circonstances

Protections naturellesA) Les barrières mécaniques

Ce sont des structures épithéliales passives qui forment un obstacle physique ou mécanique à la pénétration des micro-organismes vers l’intérieur

C’est la première ligne de défense contre les micro-organismes

1) Le système tégumentaire

Il comprend la peau et les annexes cutanées (poils, cheveux, ongles, glandes). C’est un épithélium stratifié, squameux kératinisé soutenu par un tissu conjonctif dense non-orienté et qui forme la surface de notre corps. Très résistant

2) Les muqueuses

Structures anatomiques qui tapissent la surface interne des cavités corporelles. Constituées d’un épithélium en surface, d’un conjonctif sous-jacent (lamina propria, chorion) et d’une couche musculaire. Ex.: muqueuses intestinale, respiratoire, vaginale, …

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B) Les barrières physiologiques

1) Sécrétion ou formation de produits antibactériens par l’organisme

a) Kératine de la peau: Couche de cellules mortes en surface de la peau que peu de bactéries peuvent hydrolyser. Desquamation de la peau…

b) Sécrétions des glandes cutanées qui ont un pH acide ralentissent le développement des nombreuses bactéries

c) Mucus et cils des voies respiratoires

d) Péristaltisme, mictions,…

e) Acidité de l’estomac, vagin, …

f) Lysozyme, lactoferrine et lactoperoxydase dans diverses sécrétions

2) Effet de barrière (ou barrière biologique)

Activité des bactéries commensales de la peau/muqueuses qui créent des conditions défavorables à l’implantation de micro-organismes indésirables

Exemple de défenses non spécifiques

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Pathogénicité bactérienne

Pour induire une maladie, une bactérie pathogène doit conserver un réservoir et pouvoir être transportée vers un hôte pour y entrer

Origines de l’infection

Exogène: - Agents infectieux proviennent de l’extérieur de l’organisme (grippe, rhume,…)

- Contamination par des personnes (animaux) infectées, vecteurs, environnement

1) Transmission directe: D’un hôte à une autre personne (toux, éternuements, contact corporel (MTS))

2) Transmission indirecte: - Agents pathogènes dispersés dans l’environnement par un hôte infecté (air, sol, eau, aliments, …)

3) Transmission par un vecteur: - Organisme différent de l’humain qui transmet les agents pathogènes d’un hôte à une autre personne

4) Transmission par des aliments: - Viande cru, conserves mal préparés, …

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Endogène: - Agents infectieux proviennent de l’intérieur de l’organisme suite à un déséquilibre entre l’hôte et les micro-organismes qu’il abrite.

- Suite à un affaiblissement du système immunitaire, rupture d’une barrière, infection d’une plaie,…

Adhérence cutanée ou mucosale1) Après avoir été transmit à un hôte approprié, l’agent pathogène doit être capable de se fixer et de coloniser les cellules et les tissus de l’hôte

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Invasion2) L’entrée dans les cellules et les tissus de l’hôte est une stratégie spécialisée assurant la survie et la multiplication de nombreuse bactéries pathogènes

Mécanismes actifs

• Sécrétion par les bactéries de substances lytiques qui altèrent le tissu de l’hôte

Ex: Collagénases, protéases, phospholipases, H2O2,…

Mécanismes passifs

• Profite de fissures, lésions, ulcères dans une muqueuse

• Blessures, éraflures et brûlures à la surface de la peau

• Voies d’internalisation eucaryotes (endocytose/phagocytose)

**Une fois sous la muqueuse, le pathogène peut atteindre des tissus plus profonds et continuer à se disséminer dans le corps de l’hôte: c’est le pouvoir invasif

Colonisation et croissance

3) Pour qu’une bactérie soit efficace dans son développement et sa multiplication, elle doit trouver un environnement approprié chez l’hôte:

Éléments nutritifs, acidité, température, oxygénation,…

Multiplication à la porte d’entrée sous la muqueuse (foyers localisés) Ex: Staphylococcus et Furoncle

Relocalisation vers d’autres sites de l’hôtes via le système lymphatique (ganglions, rate,…) et/ou la circulation sanguine

**La présence de bactéries viables dans le courant sanguin est appelée bactériémie. Une maladie associée à la présence de pathogènes dans le sang est appelée septicémie. Ces infections ont toujours un point de départ tissulaire (généralement reins, intestins, poumons) avec une infection localisée qui se généralise

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VirulenceNiveau de pathogénicité défini par un micro-organisme

Généralités

- La virulence tient compte autant du potentiel d’agression du micro-organisme

(pouvoir pathogène) que de la susceptibilité de l’hôte

- Quantitatif et mesurable

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Variabilité de la virulenceExaltation: Augmentation progressive de la virulence (potentiel d’agression)

- Naturelle

- Micro-organismes plus virulents en période d’épidémie qu’en période normale

- Expérimentale

- Transferts successifs d’un microorganisme pathogène sur des hôtes sensibles. Mécanisme inconnu

Atténuation: Perte graduelle de la virulence

- Naturelle

- Conditions plus favorables aux micro-organismes moins virulents

- Perte de l’information génétique conduisant à la virulence

- Expérimentale

- Vieillissement des cultures, actions de divers agents physiques (lumière, température) ou chimiques

- Repiquages successifs sur certains milieux de culture

►Importante pour la mise au point de vaccin (BCG, bacille de Calmette et Guérin, Sabin

contre la polio). Pouvoir pathogène atténué n’affecte pas le pouvoir immunogène. Un

organisme vivant mais atténué est généralement plus immunogène qu’un organisme mort

Facteurs de virulenceComposantes bactériennes qui contribuent à la virulence ou au pouvoir pathogène

A) Facteurs d’adhésion (adhésines; voir le tableau 21.3)

B) Facteurs biochimiques et métaboliques

1) Sécrétion d’enzymes de dégradation (protéases, lipases, collagénases,…)

favorisant la colonisation, la croissance et l’invasion des pathogènes chez l’hôte.

2) Les toxines:

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- Molécules toxiques pour l’hôte provenant du métabolisme ou constituants cellulaire des micro-organismes pathogènes

- Une bactérie peut produire plusieurs toxines en même temps !

- Empoisonnement vs infection

C) Facteurs antigéniques

La défense d’un hôte repose en grande partie sur la capacité de reconnaître

des antigènes bactériens par le système immunitaire. Les mutations que

subissent les bactéries entraînent des modifications des antigènes qu’elles

portent. Les anticorps antérieurement produits sont inefficaces

Types de toxines1) Exotoxines:

Protéines toxiques sécrétées lors de la croissance de certaines bactéries (Gram+ et -) Ces toxines diffusent, circulent et provoquent des lésions tissulaires à distance de

l’infection Sensibles à la chaleur, formaldéhyde et iode, capables de les inactiver Inactivation des exotoxines = anatoxines (pouvoir antigénique et/ou immunogène

conservé) Ex: Vaccins contre tétanos ou diphtérie Généralement un mode d’action spécifique et elles agissent à faible dose (mg/kg)

avec une période de latence Ex: 100 g de toxine botulique pour anéantir l’humanité !!!

Ce sont généralement des toxines qui se fixent sur des récepteurs cellulaire (spécificité) et qui perturbent le fonctionnement des cellules cibles par:

Inhibent la synthèse protéique, la neurotransmission Perturbation du transport membranaire Dommages membranaires

A) Les toxines cytolytiques ou désorganisatrices de la membrane

Enzymes provoquant la lyse cellulaire). Favorisent la dissémination des bactéries à l’intérieur des tissus Ex: hémolysines, phospholipases, leucocidines,…

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B) Les toxines A-B (deux sous-unités)

A: enzymatique et responsable de l’effet toxique

B: fixatrice à un port, ouvre la cellule

Ex.: toxine botulique, tétanique, cholérique, coquelucheuse, charbonneuse,…

C) Les toxines superantigéniques

Stimulent un grand nombre de cellules de la réponse immunitaire de l’hôte, créant une réaction inflammatoire étendue

L’entérotoxine du choléra

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2) Endotoxines

- Contenues à l’intérieur des bactéries mais libérées par la lyse cellulaire (à leur mort) ou pendant la multiplication.

- Proviennent principalement des Gram - Ex: - Le lipide A du LPS (lipopolysaccharide) de la paroi des Gram-

- Résistent à la chaleur (ne forment pas d’anatoxine)

- Faiblement antigéniques (peu de réponse immunitaire)

Mode d’action: - Peu spécifique en général et aucune période de latence

- Pouvoir pyrogène (incitent les macrophages à libérer des pyrogènes

endogènes comme l’interleukine-1) rôle prééminent dans la réponse inflammatoire du corps aux infections. Elle augmente l'expression de facteurs d'adhésion sur les cellules endothéliales, afin de faciliter la transmigration des leucocytes (globules blancs) sur le ou les sites de l'infection.

- Agissent à concentration beaucoup plus forte (mg/kg) que les exotoxines

- Causent plus souvent qu’autrement des symptômes peu spécifiques (céphalées, fièvres, diarrhées, inflammation)

Ex: Escherichia coli (avec LPS) et Bacilus subtilis (Gram+ sans LPS). LPS va causer la mort de l’organisme par endotoxine vs survie

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Susceptibilité de l’hôte

Facteurs de risque d’infection chez l’hôte

Un certain nombre de facteurs de l’hôte le sensibilise aux maladies infectieuses

A) Âge

- Jeunes:

- système immunitaire immature

- microflore intestinale moins bien développée

- barrière placentaire chez le fœtus

- anticorps maternels

- Personnes âgées:

- baisse des défenses antimicrobiennes

- moins de mictions (hypertrophie de la prostate)

B) Le stress (fatigue, exercice, changement climatique, …)

- La cortisone produite en grande quantité en période de stress réduit la réponse inflammatoire et donc diminution de la réponse immunitaire

C) État nutritionnel

- La résistance aux maladies infectieuses est plus élevée chez une personne bien

nourrie (protéines, vitamines, etc) que chez celle souffrant de malnutrition

- Nutriments nécessaires au maintien et renouvellement des tissus

Ex.: Vitamine C/scorbut; sucres/carie dentaire

- Modification de la microflore intestinale

D) Prédispositions génétiques

- Selon les gènes hérités un individu possède un système immunitaire +/- efficace

- Mutation F508del dans le gène CFTR (fibrose kystique/mucoviscidose)

- Mutation delta 32 dans le gène CCR5: résistance VIH-1 99

E) Facteurs environnementaux

- Salubrité, surpopulation, installations sanitaires, qualité de l’eau, situations géographiques, conditions climatiques, latitude

F) Circonstances favorables

- Tout événement (rupture d’une barrière naturelle, affaiblissement du système immunitaire) qui permet à un organisme pathogène de pénétrer et de se

multiplier à l’intérieur d’un hôte

• Accidentelle: brûlure, traumatisme, éraflure

• Chirurgicale: incision, points de suture

• Affaiblissement du système immunitaire (immunosuppresseurs, HIV, cancers, etc.).

** De nombreuses personnes contracteront une infection à la suite de leur admission dans un établissement de santé (infection nosocomiale)

Infection neusocomiale : infection suite à l’admission dans un établissement de santé, infection ironique?

Maladie infectieuse

Le cycle infectieux (4 phases)

1) Incubation

- Phase comprise entre l’entrée du micro-organisme dans l’hôte et l’apparition

des premiers symptômes de sa présence

Caractéristiques: - Silencieuse, sans symptômes

- Porteur peut cependant transmettre la maladie

Durée: - Très variable selon l’agent infectieux en cause

Jours: Scarlatine 4, varicelle 15, oreillons 21

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Semaines: Tétanos 1 à 3

Mois: Tuberculose, rage

Années: Sida

2) Invasion

- Phase marquée par l’apparition des premiers symptômes

Caractéristiques: - Fièvre, courbatures, malaises non spécifiques ne permettant pas de

poser un diagnostic précis.

3) Période d’état

- Apparition des signes spécifiques permettant de diagnostiquer la maladie

4) Guérison

- Rétablissement des fonctions normales de l’organisme et réparation des

dommages tissulaires le cas échéant

Avec immunisation:

- L’organisme devient réfractaire à l’agent infectieux

Sans immunisation:

- Rechute: L’organisme redevient sensible à l’agent infectieux avant la guérison

complète

- Récidive: L’organisme redevient sensible à l’agent infectieux après la guérison

Complète

Complications infectieuses

- Aggravation de l’infection qui se manifeste par l’apparition de nouveaux

symptômes

Ex.: infection localisée qui se généralise et devient systémique

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Séquelles

- Lésions définitives suite au passage d’un agent infectieux

Ex.: varicelle, polio,…

Contagiosité

- Il n’y a pas de règles uniformes concernant la période et le degré de contagion

- Ce phénomène varie selon les agents infectieux en cause

- De façon générale la contagion est maximale au cours de la période d’état mais

on peut également la retrouver à la fin de la période d’incubation et au moment

de l’invasion. Dans quelques cas on peut même la retrouver en pleine convalescence

ou après la guérison

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