Fiches DE Cours UE 3B Bactériologie PDF

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Cours complet bactériologie 2ème année...

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FICHES DE COURS BACTÉRIOLOGIE DFGSP 2

UE 3B : Bactériologie

Sommaire Fiche de cours n°1 : Historique ....................................................................................................................................1 Fiche de cours n°2 : Structure des bactéries ...............................................................................................................3 I. Anatomie fonctionnelle ........................................................................................................................................3 II. Les modalités d’étude...........................................................................................................................................4 III. Les enveloppes bactériennes = paroi + membrane cytoplasmique .....................................................................6 IV. Les structures de surface ....................................................................................................................................20 V. La spore...............................................................................................................................................................28 Fiche de cours n°3 : Métabolisme bactérien .............................................................................................................31 Fiche de cours n°4 : Nutrition, croissance bactérienne ............................................................................................37 I. Besoins nutritifs ..................................................................................................................................................37 II. Croissance bactérienne.......................................................................................................................................38 Fiche de cours n°5 : CMI, CMB ...................................................................................................................................41 I. Modalité d’action des antibiotiques ...................................................................................................................41 II. Méthodes d’étude de l’activité bactériostatique ...............................................................................................42 Fiche de cours n°6 : Taxonomie – Identification bactérienne ..................................................................................45 I. Définitions...........................................................................................................................................................45 II. La classification génétique ..................................................................................................................................45 III. Identification des bactéries ................................................................................................................................46 IV. Identification phénotypique « classique »..........................................................................................................47 V. Identification génotypique .................................................................................................................................50 VI. Intérêt de l’identification ....................................................................................................................................53 Fiche de cours n°7 : Systématique.............................................................................................................................55 I. Cocci à Gram positif ............................................................................................................................................55 II. Cocci à Gram négatif ...........................................................................................................................................61 III. Bacilles à Gram négatif .......................................................................................................................................63 IV. Bacilles acido-alcoolo résistants .........................................................................................................................70 Fiche de cours n°8 : Génétique bactérienne .............................................................................................................73 I. Les mutations......................................................................................................................................................73 II. Flux de gènes ......................................................................................................................................................74 III. La transformation bactérienne ...........................................................................................................................76 IV. Transduction .......................................................................................................................................................77 V. Conjugaison.........................................................................................................................................................80 VI. Transposons ........................................................................................................................................................82 VII. Les intégrons .......................................................................................................................................................85

Fiche de cours n°9 : Interaction Hôte-Bactérie .........................................................................................................89 I. Définitions...........................................................................................................................................................89 II. Le postulat de Koch.............................................................................................................................................90 III. Interaction hôte-bactérie....................................................................................................................................90

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Fiche de cours n°1 : Historique Claire JANOIR

UE 3B : Bactériologie

Les maladies bactériennes accompagnent l’homme depuis très longtemps. Aussi loin qu’on ait des écrits, on a des traces des bactéries qui ont accompagnés l’homme : traces de tuberculose, de la peste, de la lèpre et du choléra… Ce sont des maladies très anciennes qui ont fait naitre les notions de contagion et de contamination. Même si à l’époque les gens ne savaient pas comment ça se communiquait, ils savaient que quand on approchait quelqu ’un de lépreux on avait des risques de développer la lèpre. Par contre, on a mis longtemps pour comprendre à quoi était liée cette contagiosité. Le premier à avoir émis l ’idée de micro-organismes est un néerlandais Antoon Van Leeuwenhoek (1673), qui était drapier. Il avait amélioré les lentilles d’un microscope et il regardait ses tissus au microscope. Il s’est rendu compte qu’il y avait des bêtes dans son tissu qu’il ne pouvait pas voir à l’œil nu mais qu’il distinguait au microscope. Il s’est rendu compte que ces petites bestioles étaient partout. « Il y a plus d’animaux qui s’accumulent sur les dépôts dans la bouche de chaque homme, qu ’il n’y a d’être humain dans un royaume entier. En particulier chez ceux qui ne se lavent jamais les dents. » Citation du drapier au XVIIème siècle. C’était la première observation du microbiote. Mais il a gardé pour lui son secret de fabrication de lentilles et il n’y a pas eu plus d’études que ça pendant plusieurs années… Il a fallu attendre le XIXème siècle pour que la bactériologie prenne son essor.

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Les pionniers de la bactériologie moderne o Le premier bactériologiste est Joachim Gram (1883-1884) qui a donné son nom à la coloration de Gram, qui est encore l’un des premiers examens de routine pratiqué en laboratoire pour identifier une bactérie pathogène. o Ensuite il y eu Louis Pasteur avec ses travaux sur la putréfaction. - Avec Pasteur on abandonne la théorie de la « génération spontanée ». - Les travaux de Pasteur montrent que les bactéries ne surgissent pas de nulle part, elles se multiplient, elles se reproduisent à partir de quelque chose. - C’est aussi à partir de ces travaux sur la putréfaction qu’est apparue la notion d’hygiène. Un anglais, J. Lister, montre qu’en lavant la plaie après une amputation il diminuait la mortalité. - Il identifie des bactéries pathogènes (S. aureus,…) - Pasteur est ensuite le pionnier de la vaccination contre la rage en 1898. o Robert Koch - Il a aussi identifié de nombreuses bactéries pathogènes. En particulier le bacille de Koch qui est le bacille de la tuberculose. - On doit aussi à Koch la mise au point de la culture en milieu solide. Avant on pouvait observer les bactéries, mais on ne pouvait pas les cultiver. C’est grâce à Robert Koch qu’on a pu les cultiver ce qui a permis à la bactériologie de faire de très grands progrès.

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Importance des bactéries o Les bactéries peuvent avoir un rôle pathogène pour l’homme o Les bactéries de l’environnement ont un rôle écologique : elles participent au renouvellement des sols. o Des bactéries permettent de transformer le lait en yaourt, elles ont un rôle industriel. o Les bactéries des microbiotes ont un rôle bénéfique. Par exemple il y a des bactéries digestives très utiles pour le microbiote digestif.

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Classification o Les bactéries sont des procaryotes, il s’agit d’êtres unicellulaires dépourvus de noyau. Les bactéries ont un matériel génétique mais ils n’ont pas de membrane nucléaire. Le chromosome bactérien est dans le cytoplasme. o On peut voir là où se situent les bactéries dans l’arbre phylogénétique universel. Les archaea sont aussi un type de bactéries.

Ancêtre commun

Arbre phylogénétique universel (Woese, PNAS, 2000)

Chez les bactéries, à l’intérieur du groupe des bactéries, il y a un certain nombre de filums. Certains de ces filums contiennent des bactéries pathogènes dont on va parler et certains ne contiennent pas de bactéries pathogènes pour l’Homme.

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Fiche de cours n°2 : Structure des bactéries Claire JANOIR

I.

UE 3B : Bactériologie

Anatomie fonctionnelle

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Dans l’étude de l’anatomie des bactéries on va distinguer les structures constantes chez toutes les bactéries et qui leur sont vitales : - L’enveloppe : paroi et membrane cytoplasmique (ou interne) - L’appareil nucléaire ou nucléoïde - Le cytoplasme et les ribosomes.

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Et il y a des structures inconstantes qui ne sont pas présentes chez toutes les bactéries, pas vitales mais qui apportent un plus à la bactérie : elles vont jouer sur sa virulence par exemple : - Les exopolymères - La présence de flagelles - Le fimbriae (pili) - Les spores - Les plasmides

La morphologie bactérienne : Dans une bactérie, les phénomènes de transcription et de traduction se font dans le même compartiment : le cytosol. La synthèse d’ARN messager est donc liée directement à la traduction. La membrane cytoplasmique est constante, elle délimite le cytoplasme. La paroi diffère selon les bactéries mais elle comporte la plupart du temps des peptido-glycanes c’est-à-dire une structure spécifique aux bactéries. En fonction des bactéries il peut y avoir une membrane supplémentaire, nommée membrane externe. Autour de cette paroi on peut trouver une capsule de façon inconstante. Dans le cytoplasme on peut avoir des petits morceaux d’ADN inconstants, les plasmides. Enfin le flagelle, inconstant est l’organe locomoteur des bactéries qui sont capables de mobilité. Paroi : rigidité, morphologie

Nucléoïde : information génétique

Pilus : adhésion, conjugaison

Corps d’inclusion : réserves

Ribosomes

Membrane cytoplasmique : échanges, métabolisme énergétique

Capsule : rôle anti-phagocytaire

Flagelle : mobilité, chimiotactisme

Plasmide : virulence, échanges génétiques, résistance aux antibiotiques…

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II.

Les modalités d’étude

Il y a différentes modalités d’études :  Microscopique - Microscopie optique - Microscopie électronique  Biochimique  Génétique

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La microscopie optique permet de définir la morphologie bactérienne, qui est très importante. C’est le premier critère d’identification des bactéries.

Pour les bactéries il y a deux formes majeures visibles en microscopie optique : - Une forme ronde : les cocci (ou coques). - Une forme en bâtonnets : les bacilles. Ce sont les formes majoritaires en particulier si on s’intéresse aux bactéries pathogènes chez l’homme.

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Mais il y a pleins d ’autres formes différentes mais qu’on retrouve avec une fréquence moins importante que pour les bacilles. C’est le cas des spirilles : forme spiralée.

Cocci à Gram positif

Bacilles à Gram négatif

Spirilles

La coloration de Gram Quand on étudie les bactéries on peut les différencier aussi grâce à la coloration de Gram, la plus utilisée : elle colore les bactéries en violet, violet foncé ou en rose.  Les bactéries colorées en violet sont dites à Gram positif  Les bactéries colorées en rose sont dites à Gram négatif. La coloration de Gram est une double coloration. Initialement elle est totalement empirique, ce n’est qu’après qu’on a compris que cette différence de coloration entre les bactéries est liée à une différence de composition de la paroi. 

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Après avoir fait sécher le prélèvement on le fixe à l’alcool et on effectue la première coloration au violet de gentiane dilué pendant 1 à 2 minutes.  Toutes les bactéries sont colorées en violet. Puis on réalise une étape de décoloration à l’alcool ou alcool-acétone (30 secondes). Une partie des bactéries, à Gram négatif, vont se décolorer plus rapidement que les bactéries à Gram positif. Ça s’explique par : - Leur membrane externe plus lipophile qui va capter le décolorant plus rapidement que les bactéries qui n’ont pas cette membrane externe. - La différence d’épaisseur du peptidoglycane, plus épais chez les bactéries à Gram positif donc elles se décolorent moins vite. Après l’étape de décoloration on a en théorie les bactéries avec la membrane externe qui sont décolorées et les bactéries sans la membrane externe qui sont toujours colorées au violet de gentiane. Si on rajoute un colorant rose : la fuchsine de Ziehl diluée pendant 1 minute, les bactéries violettes vont rester violettes et les bactéries décolorées vont devenir roses.

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La coloration de Gram est l’observation de base encore de nos jours ! Elle permet de voir les cocci ou les bacilles, s’ils sont Gram + ou Gram -.  On peut aussi voir la morphologie fine des cocci : Cocci à Gram positif

Grappes :

Paires (diplocoques)

Genre Staphylococcus

Cocci à Gram négatif

Chaînet t es

Genre Strept ococcus

Diplocoques : Genre Neisseria

Chez les cocci à Gram positif :  On voit sur la première image des cocci bien ronds regroupés en grappe, en amas. Ils sont collés les uns aux autres.  Genre très important en pathologie humaine, le genre Staphylococcus.  On a des cocci bien ronds mais présentés en très longues chainettes.  Genre des Streptococcus.  Enfin, les cocci peuvent se mettre par deux en grains de café, c’est une espèce particulière qui appartient au genre Streptococcus. Chez les cocci à Gram négatif :  Ils peuvent être assemblés en diplocoques qui appartiennent au genre Neisseria.

 Morphologie fine des bacilles :

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Chez les bacilles à Gram négatif, on trouve des bacilles à bouts ronds et des bacilles à bouts carrés (en forme de rectangle). Il y a aussi de tous petits bacilles nommées coccobacilles ou coccibacilles. Toutes ces observations morphologiques donnent une orientation sur l’identification de la bactérie dans le prélèvement. On a des bacilles à Gram positif, elles sont à bout rond qui oriente vers le genre Clostridia.

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III.

Les enveloppes bactériennes = paroi + membrane cytoplasmique

Ce schéma est à connaitre. Il faut pouvoir placer la membrane cytoplasmique, les peptidoglycanes et la paroi.

Schéma des enveloppes bactériennes Mg 2+

PG : peptidoglycane

AT

AT : acide teichoïque ALT : acide lipoteichoïque

LPS

LPS : lipopolysaccharide P : protéine

PG 20 à 80 nm

PL : phospholipide

ME 7 à 8 nm

ALT

Paroi

P

Paroi bactérienne

Porine PL

PG 3 nm

Périplasme

PL

PL P

P

P

Gram positif

P

Membrane cytoplasmique

Gram négatif

Chez toutes les bactéries on trouve la même membrane cytoplasmique qui est constituée de phospholipides et de protéines. La paroi se distingue en fonction des bactéries Gram + ou Gram -. 

Chez les bactéries à Gram +, il y a une structure particulière : - Le peptidoglycane est très épais (20 à 80 nm d’épaisseur en fonction des espèces). - Sur ce peptidoglycane viennent se brancher des polymères de sucres, des polysaccharides : les acides teichoïques. - Les acides lipoteichoïques sont des polymères semblables mais ils viennent se brancher sur la membrane cytoplasmique. Ils ont une ancre lipidique.

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Chez les bactéries à Gram -, on retrouve du peptidoglycane mais beaucoup moins épais avec au-dessus une membrane externe. - Cette membrane externe est constituée de différents composés. - Liée à cette membrane externe on trouve le lipopolysaccharide. - C’est une structure à la fois lipidique et polysaccharidique.

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1. La paroi bactérienne a. Généralités 

La paroi est une structure spécifique des bactéries.

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Il y a une différence de structures entre les Gram + et les Gram - : - Paroi Gram + : peptidoglycane (PG) épais (20 à 80 nm) + acides teichoïques - Paroi Gram - : peptidoglycane mince (3 nm) + membrane externe (7 à 8 nm)

b. Le peptidoglycane  Structure du peptidoglycane

NAM

CH2OH

NAG

o

Un peptidoglycane est une structure en réseau. C’est un polymère constitué de chaînes polysaccharidiques linéaires composées de 2 sucres, l’acide N-acétyl glucosamine (NAG) et l’acide N-acétyl muranique (NAM). Ce dernier n’est présent que chez les bactéries.

CH2OH

o

OH

OH

OH OH

OH O NH-CO-CH3

NH-CO-CH3

CH3-CH-COOH

Ces sucres sont reliés par des liaisons β1-4 (alternance NAG-NAM). Ces chaines linéaires de PG sont réticulées entre elles par des ponts peptidiques. En effet, un pentapeptide se fixe sur le groupement lactoyl de NAM. A la suite de cela, il peut y avoir des réactions d’amidation entre 2 chaines pentapeptidiques qui sont donc la réticulation du PG.

CH2OH

NAM

CH2OH

o

NAG

o

b 1-4 O

O

OH NH-CO -CH3

NH-CO -CH3

CH3-CH-CO

Acide aminé 1

Le dioside élémentaire est constitué de NAM-NAG substitué par 5 acides aminés. Ce dioside élémentaire est l’unité de base du peptidoglycane.

AA2 AA3

AA4

Mis à part quelques exceptions, les NAG constituent les peptidoglycanes de toutes les bactéries. En revanche, il y a des différences au niveau des ponts peptidiques : - Bactéries à Gram - : acide diaminopimélique (a...