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Microbiologie Diversité du monde microbien CC1 vendredi 26 octobre 8h30-9h50  introduction, bactériologie, parasitologie CC2 lundi 3 décembre 11-12h20  mycologie, lichénologie, virologie, conclusion Introduction /

I/ Définitions : Biologie = Science qui étudie les organismes vivants. Être Vivant = Organisme doué de métabolisme (respiration, nutrition) et ayant une reproduction (asexuée, sexuée) Microbiologie = Science qui étudie les organismes ( micro-organismes (bactéries, champignons microscopiques, foraminifères, lichens...) De petite taille invisible à l’œil nu    

3 sous disciplines majeures : Bactériologie (étude de bactérie) Virologie (étude des virus) Et une partie de la mycologie (étude des champignons microscopiques = moisissures (mycélium), levures (mycètes unicellulaire).

Les foraminifères sont étudiés par les géologues. Les parasites protozoaires sont étudiés par les biologistes animaux. Les virus ne sont pas des structures cellulaires contrairement aux bactéries et aux champignons. Bactériologie = à l’interface avec de nombreuse autres disciplines…     

Bactériologie médicale : bactéries pathogènes et les maladies induites, leur transmission. Ex : Staphylococcus aureus multirésistant (antibiotique) Bactériologie alimentaire : utilisation des bactéries non pathogènes dans la fabrication des aliments et les contrôles sanitaires. Ex : Les bactéries dans les yaourts Bactériologie de l’environnement : les bactéries gèrent le fonctionnement intégral des écosystèmes Phytobacteriologie : les maladies bactériennes des plantes Bactériologie industrielle ou Biotechnologie : les bactéries savent fabriquer une infinité de produits à couts bas et sans polluer

Microbes : équivaut à microorganismes (pathogènes) Pathogène : qui induit une maladie infectieuse  

Pathogène seul = pathogène pour l’homme et l’animal Phytopathogène = pathogène pour un végétal (Notion très anthropomorphique)

Maladie : altération organique ou fonctionnelle qui provoque des symptômes

 

Maladie infectieuse = due à un microorganisme, transmissible par contact direct ou indirect. Ex : le choléra dû à Vibrio cholerae Maladie non infectieuse = non transmissible ou transmissible par la génétique (héréditaire). Ex : Diabète (manque production d’insuline par le pancréas, nécessaire pour la dégradation du sucre)

II/ Quelques repères historiques : Microbiologie :    

Science récente, née à la fin du XIXème siècle L’utilisation des bactéries, moisissures ou champignons est connue depuis l’antiquité (IVème siècle av J-C) Marqueur dans la Bible avec la multiplication des pains La bactérie la plus ancienne date de -3.5 milliards d’années c’est une Cyanobactérie très proche de celles que l’on trouve aujourd’hui mais ce n’est pas la première en termes d’évolution. Cyanobactéries : bactéries gram, photosynthétiques, oxygénogènes (produit de l’O2) ayant fabriqué notre atmosphère. (Photosynthèse de bactérie = anomalie)

L’impact des microorganismes existent depuis leur apparition. Ils sont utilisés depuis l’antiquité.

Les pères historiques de la microbiologie  XVIIème siècle      

Antoine Van LEEUWENHOEK = inventeur du microscope optique, 1er à avoir observée les bactéries. Robert HOOCKE = Fait des microscopes qui grossissent en 35 fois Lazzaro SPALLANZANI = bactérien contaminantes dans l’air. Car Von LINNE = 1ère classification avec les bactéries Edouard JENNER = Notion d’immunisation et de vaccination avec la variole en 1796 Charles CAGNIARD DE LATOUR = 1ère description

Jenner inocule de la vaccine bovine pour immuniser contre la variole humaine (PREMIERE « VACCINATION ») Pasteur inocule le virus séché de la rage  vaccin contre le virus de la rage, et B. anthracis. Les techniques de base de la microbiologie découlent des travaux de Pasteur :    

Chauffage permet éliminer microorganismes = stérilisation Aspetie Un milieu stérile mis au contact de l’air subit une contamination Un milieu stérile peut être volontairement contaminé = inoculation, ensemencement, culture

Les développements de la microbiologie : 

Découverte du MEB (microscope électronique à balayage) en 1953. Ex : Saccharomyces cerevisiae

Les dates repères après Pasteur et Kock

BEIJERING  père de la virologie, prix BEIJERINCK depuis 1965. JOHANNSEN  Apparition du mot « gène » distinction entre phénotype et génotype. FLEMING  Découverte du lysozyme, pénicilline AVERY  L’ADN est du matériel génétique WATSON et CRICK  La structure de l’ADN

III/ Place des microorganismes dans le monde vivant : Avant le microscope électronique en transmission (MET)  intérieur des bactéries. Permet la distinction animaux et végétaux. Animale source d’énergie oxydation de matériaux organiques, graisse ou glycogène et déplacement mais pas de paroi de cellulaire # Végétal  source photosynthèse et amidon, pas de déplacement et paroi cellulaire active. Ou mettre les Bactéries, les moisissures, les levures, les virus, les parasites et les foraminifères ? Les virus sont automatiquement à part car ce n’est pas une cellule, et ils ne sont vivants qu’à l’intérieur d’une cellule hôte. Les bactéries, ailleurs car certaines ont des critères « animaux » d’autres des critères Classification de Haeckel en 1886  crée 3ème règne et réserve une place à part pour les virus. Microorganismes  protozoaires, cyanobactéries, bactéries, virus, parasites Eucaryote = noyau = ADN condensé enveloppé d’une membrane nucléaire. Procaryote (bactérie…) pas de membrane nucléaire donc ADN dans le cytoplasme Après le microscope électronique en transmission (MET) Procaryotes : Bactéries Taille des cellules

1 à 10um

Eucaryotes : Champignons, animaux, protistes, plantes 10 à 100um

Métabolisme

Aérobie ou anaérobie

Aérobie

Noyau

Non

Oui

Organites

Non

Oui

ADN Endocytose et exocytose

ADN circulaire dans le cytoplasme Non

ADN en chromosome dans le noyau Oui

Division cellulaire

Scissiparité

Mitose ou méiose

Organisation cellulaire

Unicellulaire

Majoritairement pluricellulaire et différenciation cellulaire

Organe : Un organe est un ensemble de tissus spécifiques capable de remplir une (ou plusieurs) fonction déterminée. Organite : Structure a l’intérieur de la cellule (eucaryote) # différent d’organisme (procaryote) Absence dans la cellule bactérienne :

     

Mitochondrie Chloroplaste Réticulum endoplasmique Appareil de golgi Membrane nucléaire Centrosome

Mais présence de ribosomes = rôle clé dans la cellule assure la synthèse des protéines. Protéine de constitution = membrane, protéine de fonction = enzyme assure le métabolisme.

Résumé de l’évolution de la classification En 1886 il y avait 3 règnes  protiste, végétal et animal. Aujourd’hui en 1984 existe 3 domaines  Eubactérie, Archaebactérie et Eucaryote (4 règnes = protiste, végétal, champignons et animal). Le virus est à part.

IV / Tailles des microorganismes et techniques d’observation Individus ou Structures

Taille

Mouches

1cm

Equivalence en um 104

Limite de pouvoir de résolution de l’œil : 0.2mm soit 200um Globules rouges (hématies), Levures

10um

10

Bactéries

1um

1

Limite de résolution du microscope optique (max x1000) A ce grandissement une bactérie de 1um parait mesurer 1mm A ce grandissement une levure de 10um parait mesurer 1cm Chlamydies

0.2um

0.2

Virus de la variole, bactériophage

300nm

0.3

Petit virus

10nm

0.01=10.-2

Limite de résolution du microscope électronique (x200000) A ce grandissement une bactérie de 1um parait mesurer 20cm A ce grandissement un virus de 10nm parait mesurer 2mm Molécules

1nm

10.-3

Atomes

1Å

10.-4

Les Levures mesurent entre 4 à 10 um de long sur 2 à 5um de large. Les moisissures fabriquent des hyphes de longueur très variable et donc seul le diamètre est relativement constant pour un genre (entre 5 et 10um).

Les Bactéries mesurent de 0.5 à 10um de long pour 0.1 à 2um de diamètre. Les virus mesurent de 0.2 à 0.3 um (200 à 200nm) pour les plus gros à 0.01um (10nm) pour les plus petits. (Ex : bouton fatigue) Limite de pouvoirs de résolution de l’œil : 0.2mm soit 200um. Les cellules sont invisibles à l’œil nu ! Les parasites protozoaires ont des tailles inférieures à 1mm. Les Foraminifères ont des tailles qui varient de 38um à 1mm. Ce sont aussi des protozoaires mais non parasites.

Chapitre I Les bactéries Définition bactérie : plus petits des organismes vivants connus, douées de métabolisme et capables de croitre et de se multiplier aux dépens de substances nutritives    

Bactérie Aérobie : Bactérie qui fait la respiration en utilisant comme accepteur terminal d’électrons, l’O2 Bactérie Fermentative : Bactérie ayant comme accepteur terminal une molécule organique à la place de l’O2 Bactérie Autotrophe : Bactérie qui utilise le CO2 comme source de C Bactérie Hétérotrophe : Bactérie qui utilise la matière organique comme source de C

Les bactéries se présentent sous la forme d’une cellule que l’on appelle cellule végétative  ACTIVE Certaines bactéries sont capables de fabriquer une structure de résistance appelée endospore ou spore  INACTIVE

Les bactéries sont unicellulaires = la cellule végétative est autonome c’est-à-dire qu’elle assume toutes les fonctions nécessaires à sa vie.

I / Structure générale Les différentes formes de la cellule végétative des bactéries et leurs arrangements (Schéma.) diapo 31-32-33

Composition chimique globale d’une bactérie La teneur en H2O (eau) est de 80% dans la cellule végétative et seulement de 15 à 20% (chute drastique) dans la spore = complication  donc la densité est de 1… Les compositions chimiques globales s’établissent après déshydratation et s’expriment donc en poids sec de bactéries. Pour se nourrir, la bactérie doit trouver dans son environnement tous ces éléments et l’H2O Schéma de la prof diapo 35 coupe théorique d’une bactérie gram (forme végétative) Commentaire du schéma : 1- Théorique : 2- Gram – ou Gram+ : correspond à des parois différentes 3- Membrane : double couche de phospholipides orientés intégrant des protéines Les bactéries n’ont pas de double membrane 4- Paroi : chez les bactéries Gram-, elle est formée par la membrane externe et la couche de peptidoglycane (muréine), chez les bactéries Gram+, elle est formée uniquement par la couche de peptidoglycane (muréine) Une paroi n’est pas une membrane et une membrane n’est pas une paroi 5- Enveloppe : employer ce terme qui est général mais pas scientifique. 6- Capsule : ce n’est pas une membrane, ce n’est pas une paroi, c’est une couche qui n’existe pas toujours. 7- Vacuoles de gaz et substances de réserve : ne sont pas entourées par une membrane 8- Ribosomes : ils sont libres dans le cytoplasme. Ils peuvent être associés en polysomes mais seulement au moment de la synthèse des protéines. 9- Chromosome circulaire central et plasmide : le matériel génétique est composé d’ADN, est haploïde, est circulaire, n’est pas dans un noyau 10- Mésosome : c’est un repli de la membrane cytoplasmique dans le cytoplasme sur lequel est attaché le Chromosome Circulaire Central (CCC) Il n’y a pas de structure membranaire interne, sauf chez les bactéries photosynthétiques et à part le mésosome, et chez les bactéries fixatrices de N2 Chez les bactéries, il n’y a pas de réticulum, pas d’appareil de golgi, pas de centriole, pas de cytosquelette, pas de mitochondrie et pas de de chloroplaste. Mettre des mitochondries et/ou des chloroplastes dans une bactérie est illogique car : -Une mitochondrie mesure 1-2 à 10um de long et de 0.5 à 1um de large -Un chloroplaste mesure environ 5um de longueur pour 2um de large -Une bactérie mesure en moyenne 2um de longueur pour 0.5um de large Un mot  un sens  une seule orthographe

De la précision scientifique  de la logique

Le rôle des différents constituants cellulaires 

Capsule

- résistance à la phagocytose, lutte contre l’infection bactérienne - résistance à la dessiccation, perte d’eau donc déshydratation - résistance aux acides et aux bases, variable en fonction des espèces -protection contre les prédateurs, des foraminifères jusqu’à l’homme - protection contre les bactériophages, virus attaquant les bactéries - adhérence aux surfaces -support de pathogénicité et de l’antigénicité, capacité à induire une maladie, capacité à porter des antigènes par des anticorps Antigène : toute molécule située à la surface de la bactérie Anticorps : molécule complémentaire de l’antigène, fabriquée par un système immunitaire 

La paroi cellulaire (vital)

- donne sa forme à la bactérie, -protège de la lyse lorsque le milieu extérieur est de tonicité différente de celle de son cytoplasme, rupture des enveloppes de la cellule entrainant sa destruction = mort. = osmolarité = état d’hydratation -protection contre les acides et les bases, capsule absente - support de l’antigénicité, capsule absente -maintien de la reproduction 

La membrane plasmique

-barrière imperméable -transport des éléments  nutrition - processus métabolique  respiration -détection des signaux de l’environnement (nez, bouche…) 

L’espace périplasmique

-Réservoir d’enzymes hydrolytiques et de protéines de liaison  nutrition 

Pilis communs

- adhésion aux surfaces - une certaine mobilité - antigénicité 

Pilis sexuels

- échange de l’information génétique - antigénicité 

Flagelle (luxe)

-Mobilité -Antigénicité - Chimiotactisme 

Le chromosome circulaire central et les plasmides

- l’ADN n’est pas entouré d’une membrane nucléaire,  Base de la notion de procaryote - les deux sont les supports de l’information génétique de la bactérie - information génétique stable sur le CCC (information transmise cellule fille), caractères vitaux - information génétique est instable sur les plasmides (reste dans cellule), les caractères de résistance des bactéries aux antibiotiques ou aux métaux lourds sont souvent sur les plasmides. 

Substance de réserve

-Stockage de carbone (amidon, glycogène), phosphates, de lipides…  Nutrition 

Ribosomes

-Synthèse des protéines  Enzymatiques structurales Antibiotique : substance qui tue les bactéries et qui est inefficace sur les virus Métaux lourds : Cuivre, Plomb, Zinc, utilisés comme antifongique

La forme sporulée = endospore (fabriqué à l’intérieur du cytoplasme) = spore. Cette structure de résistance (peut se conserver des milliers d’années) est fabriquée par certaines bactéries G+, quand les conditions environnementales deviennent défavorables. (Schéma prof diapo 043) Liste bactérie capable fabriqué des spores : - Le genre Bacillus (bâtonnet, aérobie) - Le genre Sporolactobacillus (aérobie-anaérobie facultatif) - Le genre Clostridium (anaérobie) - Le genre Desulfotomaculum (anaérobie) - Le genre Sporosarcina (coque, aérobie) - Le genre Oscillospira (spirille, aérobie) Variable en fonction des bactéries : Manque de nourriture, disparition de l’O2 pour une bactérie aérobie stricte, apparition de l’O2 pour une bactérie anaérobie stricte, …

Les propriétés générales de la spore 1- La thermorésistante Les cellules végétatives qui résistent le plus à l’élévation de température sont des bactéries Thermophiles (température optimale de croissance entre 45 et 80 degrés). La stérilisation des milieux de culture se fait à 120 ou 115 degrés, sous 2 atmosphères, pendant 20min. La thermorésistante de la spore varie en fonction des espèces, mais en général, elle est de 10min à 80 degrés. Exemple : la spore de Clostridium botulinum résiste pendant 5 heures à 100 degrés et 10 minutes à 120 degrés.  Bactérie Gr+, anaérobie, vivant dans le sol présente sous forme sporulée sur les végétaux, etc… responsable du BOTULISME, maladie alimentaire due à la toxine botulique. Problème de stérilisation des conserves la pasteurisation est inefficace contre les spores. La thermorésistance est due à : -La faible teneur en eau, et à la présence de dipicolinate de calcium, dans la paroi sporale et dans le cortex -L’imperméabilité de certaines de ses enveloppes et, en particulier de la tunique qui contient une protéine du type de la kératine 2- La résistance aux agents chimiques Les cellules végétatives sont sensibles aux agents chimiques, la forme sporulée non. Elle résiste : aux agents antiseptiques, désinfectants, antibiotiques, acides et aux bases 3- La résistance aux agents physiques Les cellules végétatives sont sensibles aux agents physiques, la forme sporulée non. Elle résiste : aux U.V, rayon X, fortes et basses pressions, vide absolu et dessiccation Problèmes de prévention de certaines maladies, problèmes de conservation des aliments 4- La germination La germination peut être inhibée par des agents physiques ou chimiques. Ex : la germination des spores de clostridium botulinum est gênée par : le froid, les ph...