Résumé - complet - synthèse de microbio PDF

Preview

Summary

Synthèse de Microbio...

Description

MICROBIOLOGIE Introduction à la microbiologie médicale Définition : Etude des microbes (virus, bactéries, mycètes, protozoaires, vers). Microbe + Hôte = Maladie (infectieuse)  C’est souvent faux ! Microbe + Hôte = Relation (complexe dont le résultat dépend des caractères des 2 intervenants et des circonstances de leur rencontre. Notre flore intestinale, notre peau, … sont constituées de millions de bactéries essentielles. Les mitochondries sont des précurseurs de bactéries qui ont été intégrés à l’organisme. Différenciation des agents infectieux - Selon le mode de vie: - macro ou micro-parasites - extra ou intra-cellulaires - Selon la structure: - acellulaires: virus, prions - cellulaires: - procaryotes: bactéries - eucaryotes: champignons, protozoaires Réponse à l’infection : (iceberg infectieux)  Réponse cellulaire : Exposition  Multiplication sans lésions  Inclusions, dysfonctions, transformations  Lyse cellulaire.  Réponse de l'hôte : Exposition  Infection asymptomatique  Maladie  Mort.

-

Associations symbiotiques : (cf dia 13) Commensalisme : Chacun trouve du bénéfice à la relation, mais l’association n’est pas absolument vitale (ex : flore intestinale). Mutualisme : Relation de bénéfice, mais de dépendance également pour chacun (ex : Bactéries du rumen chez les ruminants). Parasitisme : Relation bénéfique pour le parasite mais néfaste pour l’hôte. Histoire de la biologie liée à l'histoire du microscope:  Van Leeuwenhoek (1673) : Visualise les microorganismes.  Pasteur (1861) : « La génération spontanée n’existe pas » (Gén. Spontanée = si on laisse de la viande dehors, des asticots se développent dedans). Il faut un contact avec l’air (ex: ballon) Contamination par l’environnement.  Postulat de Koch (dia 18).  Coloration de Gram

Maladies infectieuses Mode de transmission des micro-organismes (cf dia 21) : Selon le type de bactérie, les réservoirs (homme, environnement, animaux,…) varient, ainsi que les sites d’entrées (peau, conjonctives, muqueuses,…). Le contact se fait directement ou par l’intermédiaire d’insectes, animaux, eau, aliments,…

Exemples de bactéries : - Legionella : se développe dans l’eau (chaude) et provoque la légionellose (maladie des poumons). - Borrelia : se transmet par un animal, la Tique et provoque la maladie de Lyme. Les maladies infectieuses sont une des principales causes de mortalité dans le monde, (surtout les infections respiratoires, SIDA, maladies diarrhéiques, tuberculose, paludisme), en particulier dans les pays sous-développés. Diminution de l’incidence des maladies infectieuses :  Diminution de la sensibilité de l’hôte (meilleure nutrition, antibiotiques, vaccins).  Diminution de la transmission (qualité des habitations et de l'environnement, vaccins, assainissement de milieu, sécurité alimentaire et de l'eau). Augmentation de l’incidence des maladies infectieuses :  Augmentation de la vulnérabilité de l’hôte (pauvreté, malnutrition, changements démographiques et comportementaux)  Augmentation de la transmission (Adaptation microbienne ou vectorielle, voyages internationaux, nouvelles technologies, changements environnementaux)  Nouveaux agents infectieux Infections nosocomiales : Acquises à l’hôpital (6 à 7% dans nos hôpitaux) - Ventilation artificielle, sonde, cathéter, matériel étranger -> dues aux manipulations => flore commensale - Patients immunodéprimés: personnes avec SIDA, âgées, cancéreuses) => germes opportunistes - Pression antibiotique => germes multi-résistants

Bactéries

-

Cellules eucaryotes Chromosomes dans une membrane nucléaire, nucléole. ADN + histones Paroi rare, simple Mitochondries, RE 2 types de ribosomes Membrane plasmique (glucides et stérols) Cytosquelette Flagelles complexes (si il y e Taille 10 à 100 microns de di Division : mitose Méiose Cellule orientée vers la p spécialisation

-

Cellules procaryotes Chromosome unique, pas de membrane ni de nucléole. Structure ADN simple Paroi : complexe, peptidoglycane Organites absents 1 type de ribosome Membrane plasmique sans glucides ni stérols a) mètre

multiplication us primitive)

-

Cellule bactérienne : Forme : coques, bacilles (actinomycète : bacille avec ramifications), spirochètes (incurvés: vibrions, spirilles)

-

Taille : 0,2 à 250 microns en général, mais en moyenne de 1 à 10 microns. Association: chaînette, paire, amas Structure cellulaire :

1) Nucléoïde (~ chromosome le plus souvent unique et circulaire): Boucle d’ADN bicatenaire repliée, super-enroulée, avec une zone centrale condensée associée à la membrane cytoplasmique. 2) Cytoplasme : Eau, ribosomes, ions, enzymes, déchets 3) Plasmide : ADN cytoplasmique indépendant de celui du noyau; gènes codant pour des propriétés supplémentaires (agressivité,…) 4) Ribosomes : 0,025 microns de diamètre, ARN + 30% de protéines 50 S + 30 S (70 S)  S = Unité de segmentation. ARNr: séquence stable, spécifique d'espèce, sous forme de polysomes. 5) Granules de réserve : Poly-β-hydroxybutyrate + polyphosphate (granules métachromatiques). 6) Membrane plasmique : Double couche (7 à 8 nm) phospholipidique fluide associée à des protéines: enzymes (perméases) + systèmes transporteurs + convertisseurs d’énergie + protéines réceptrices. Barrière hydrophobe et osmotique limitant le cytoplasme Effectue les fonctions des organites des cellules eucaryotes

7) Protoplaste : Bactérie sans paroi.

8) Paroi bactérienne : enveloppe semi-rigide. Donne sa forme à la bactérie, la protège mécaniquement et osmotiquement, filtre les allers et retours de molécules. Les mycoplasmes et protoplastes n’en ont pas. Responsable de la coloration Gram Elle est constituée d'un réseau de peptidoglycane (spécifique des bactéries) : Structure 3D, hétéropolymère de chaînes de glycane reliées par des ponts peptidiques courts = macromolécule réticulée tridimensionnelle. => résistance et élasticité. 9) Membrane externe : Bicouche lipidiques + protéines + lipopolysaccharides (3 parties) + lipoprotéines de Braun + porines (formation des pores membranaires). 10) Périplasme : Espace entre la membrane plasmique et membrane externe pour Gram – et la paroi pour Gram +. 11) Capsule : présente chez certaines bactéries, inconstante, fixée à la paroi, couche régulière formée de polysaccharides acides. Facteur déterminants de la pathogénicité : résistance à la phagocytose et à la déssiccation, barrière, réserve nutritive, adhésion. 12)Microcapsule 13) Glycocalyx : Polymère visqueux à l’extérieur de la paroi. Il peut former un feutrage englobant de nombreuses bactéries (micro-colonies) pour former un biofilm. Les biofilms permettent l'adhésion des bactéries à des supports solides (dents) ou cellulaires (voie respiratoire), protègent les bactéries de la dessiccation et des produits biocides et incluent des substances nutritives. 14) Protéine M : Contre les angines bactériennes (streptocoque pyogène). 15) Couches S : Sous-unités protéiques couvrant la membrane externe. 16) Flagelles : Organe de mobilité hélicoïdal (≠ eucaryotes) constitué de 11 fibrilles de flagelline. 5-20 x 0,02 microns. Filament, crochet, corps basal dans membrane plasmique. Pour les spirochètes, il y a des flagelles périplasmiques. Le mouvement des bactéries se fait souvent par chimiotactisme, elles sont attirées vers la nourriture. 17) Fimbriae : tube protéique à la surface de la bactérie, responsable de l’adhésion, 1 x 0,01 µm, constitué de sous-unités protéiques identiques, quelques uns à plusieurs centaines. 18) Pili : Structure protéiques allongées de taille et de forme variées, uniques ou peu nombreuses, plus rigide. Assurent le transfert de l’ADN par conjugaison d'une bactérie à l'autre. Coloration Gram : Consiste à colorer les Bactéries avec une solution contenant un colorant Violet Cristal, et de l’iode, et ensuite avec un colorant rouge. - Les Bactéries à Gram positif : Retiennent le Gram et se colorent en violet. Elles -

-

-

possèdent une paroi rudimentaire et une quantité importante de peptidoglycane. Les Bactéries à Gram négatif : ne retiennent pas le violet et apparaissent en rouge. Elles ont une paroi plus complexe avec moins de peptidoglycane. Paroi des Bactéries Gram + Epaisse, 30 – 100 nm Aspect uniforme 40 à 80 % de peptidoglycane multicouche. Acides Teichoiques, HC

-

Paroi des Bactéries Gram Mince, 20 – 30 nm Feuilletée 1 à 10 % de peptidoglycane monocouche. Périplasme Couche extérieure : membrane externe.

Mobilité bactérienne : Flagelle : Rotation sur le corps basal, mvts de nage-culbute, mvt en « vis » pour les spirochètes (flagelles sous membrane externe). - Sans flagelle (Ex : Biofilm des dents) : Glissement (bact Gram + de la cavité buccale, mobilité saccadée, Certaines bactéries envahissent les cellules et utilisent l’actine de leur cytosquelette pour se déplacer (Ex : Shigella, provoque la dysenterie). - Chimiotactisme: récepteur chimique au niveau de la membrane qui attire vers une source.

-

Vie pluricellulaire : Biofilm, quorum sensing (échanges de signaux chimiques (quoromone) entre bactéries permettant des comportements différenciés => pouvoir pathogène, flagelles, transfert de plasmides), différenciation cellulaire. Biofilm: communauté de microorganismes (bactéries, champignons,…) adhérant entre eux, fixée à une surface (bactéries dites sessiles), et caractérisée par la sécrétion d'une matrice adhésive et protectrice; naturellement résistants aux antibiotiques; à l'origine de nombreuses infections chroniques. Mode de vie naturel de la plupart des microorganismes, notamment en milieu hostile. L'autre mode de vie étant la flottaison libre de type dit "planctoniques" dans un milieu liquide. La structure et la physiologie du biofilm donne aux bactéries ce que l'organisation tissulaire apporte aux cellules des êtres supérieures. - adaptation phénotypique et génotypique: Un aspect majeur des biofilms est le changement dans les phénotypes correspondants au changement du mode de vie de "planctonique et individuel", à celui de "fixé et communautaire". Des groupes de gènes (>10³) changent leurs mécanismes d'activation pour assurer cette permutation de style de vie en quelques minutes. L'environnement particulier d'un biofilm permet (ou oblige) les bactéries à coopérer ensemble ce qui n'est pas le cas dans un environnement libre? Les bactéries vivant dans un biofilm ont des propriétés très différentes de celles des bactéries isolées de la même espèce. (cf dia) - protection des bactéries dans un biofilm 1. Protection passive: la matrice protège physiquement les bactéries contre l'entrée des agents antimicrobiens, les détergents et les antibiotiques. 2. Protection métabolique: les bactéries entourées de biofilm sont moins actives métaboliquement, donc moins réceptives aux agents antimicrobiens. 3. Protection active: la résistance de P. aeruginosa aux antibiotiques a été attribuée à des pompes d'efflux du biofilm expulsant activement les composants antimicrobiens. 4. Protection génétique: lors de leur implantation dans un biofilm, l'expression génétique des bactéries peut être modifée. L'environnement du biofilm est propice aux échanges de matériel génétique et permet le transfert de caractères de résistance. - Le cycle de vie d'un biofilm

-

Différenciation bactérienne : Essaimage : Production de cellules migratrices. Cellules quiescentes : Production de forme ayant un rôle de dissémination ou de survie : Endospores = cellules "dormantes" résistantes :  Bactéries à Gram +  Sporulation quand environnement hostile  Contient ADN, ARN, ribosomes, enzymes, ions Ca, acide dipicolinique…  Déshydratées, thermorésistantes (plus de 100°C, alors que bactérie seule résiste pas à plus de 60°C), volatiles, résistantes aux biocides et aux rayons  Germination quand environnement favorable.  Peuvent résister des milliers d'années -> problème de stérilisation - Sporogenèse (v dia) Division bactérienne : Division de la mère en 2 cellules filles identiques (fission binaire, scissiparité), après réplication des chromosomes. Les cellules filles sont séparées par un septum formé par la ensuite individualisées.

cellule

paroi,

Croissance bactérienne : Accroissement des composants de la bactérie, division  Augmentation du nombre de bactéries

-

Courbe de croissance en milieu fermé :  1 : Phase de latence : Liée au fait que les Bactéries doivent s’adapter à leur milieu, moduler leur activité enzymatique, métabolique,… Elle se prépare pour la division.  2 : Phase exponentielle : Croissance, multiplication, libération de catabolites dans le milieu,… métaboliquement extrêmement active C’est cette phase que les antibiotiques visent en particulier.

  -

3 : Phase stationnaire : le milieu s'appauvrit en nutriment, elle libère des toxines, produits toxiques qui les empoisonnent. Plus beaucoup de divisions 4 : Phase de létalité : Destruction des bactéries.

Condition de croissance :  T° = Optimale entre 30 et 40°C (Exceptions : Listeria, infecte la viande crue, se développe entre 4 et 8°C)  pH = Optimal à 7 (c’est pour cela que le pH acide de l’estomac tue la plupart des Bactéries). (Exceptions : Le choléra se développe à pH 9).  Pression osmotique : Pas fort tolérée par la plupart des Bactéries.  Sels : Pas fort tolérés.  Eau : 80 % de la cellule  Substances nutritives : C, N, P, S,… hétérotrophes.  Oxygène : Développement

D’où vient l’énergie ?

Exemples

1. Bactéries aérobies strictes

En présence d’air

Respiration

Pseudomonas, …

2. Bactéries microaérophiles

Lorsque la pression partielle de l’O2 est inférieure à celle de l’air

Respiration

Campylobacter,…

Avec ou sans air

Oxydation des substrats de la voie fermentaire

Entérobactéries, staphylocoques

Absence totale ou presque d’O2

Fermentation

Bactéries intestinales

3. Bactéries aéro-anaérobie facultatives 4. Bactéries anaérobies strictes

(Bactéries anaérobies forment des radicaux libres en présence d’O2 : Savent pas les détruire car pas d’enzymes).

-

Métabolisme et énergie : Besoins : Pour les voies métaboliques, l’absorption, la locomotion Origine : Composés organiques (bactéries chimio-organotrophes) Processus convertisseurs d’énergie :  Fermentation : Métabolisation du substrat sans agent oxydant exogène: dégradation incomplète du glucose et formation de composés organiques (acides)



Respiration – oxydation (le + efficace): Dégradation du glucose par le cycle de Krebs, accepteur final d'électrons: oxygène.

- Le carbone - Bactéries autotrophes: CO2 = source de carbone - Bactéries hétérotrophes ("médicales"): besoin de composés carbonés complexes venant d'autres organismes. - L'oxygène - B. aérobies strictes: ne se développent qu'en présence d'air; source d'énergie = respiration; l'oxygène, ultime accepteur d'e-, est réduit en eau. - B. microaérophiles: se développent mieux ou exclusivement qd la pression partielle d'O2 est inférieur à celle de l'air. - B. aéro-anaérobies facultatives: se développent avec ou sans air; énergie provient de l'oxydation des substrats et de la voie fermentaire. = majorité des bactéries rencontrées en pathologie médicale (entérobactéries, streptocoques, staphylocoques) - B. anaérobies strictes: ne se développent qu'en absence totale ou presque d'O2 qui est toxique. Elles se cultivent sous atmosphère réductrice. La totalité de l'énergie est produite par fermentation (bactéries intestinales et des flores). En présence d'O 2, formation de radicaux superoxydes qu'elles ne peuvent détruire faute de superoxyde dismutase, catalase ou peroxydase.

-

Cycle cellulaire : Dimensions de la cellule : Croissance à vitesse cste, élongation. Synthèse de l’enveloppe cellulaire : Continu, accumulation de peptidoglycane aux pôles. Réplication du chromosome. Séparation des copies du chromosome: Par topoisomérases (enzyme cible des AB) et condensation en nucléoïdes par lien protéique. Formation d’un septum. Séparation, parfois association. Culture : o Culture : Milieu + Bactéries en croissance o Incubation : Maintien d’une culture à t° définie pour assurer la croissance. o Inoculation : Addition de bactéries à un milieu de croissance. o Temps de génération : Temps de doublement d’une population bactérienne.

-

-

-

Milieu solide : Gélose  Liquide + Agar (1,5%) Formation de colonies -> isolement des bactéries Milieux sélectifs, d'enrichissement (permet aux bactéries de se multiplier, petites colonies), enrichis (bcp de vita, cofacteurs), différentiels (≠ couleurs: reconnaître un certain type), de transport (conserver les bactéries). Milieu liquide : Bouillon Apparition de trouble, grains, pellicule. Milieux d'enrichissement, d'identification Mesure de la croissance bactérienne : Comptage : Total (en cellules, sur filtre) ou seulement les cellules viables (par étalement, coloration) Néphélométrie : Diffraction d’un rayon lumineux Absorption ou rejet de substances (Le plus utilisé !) Augmentation de la biomasse

Adaptabilité bactérienne : - Super reproductrices (grâce à leur structure, noyau sans membrane, etc…) - Multitude d’espèces - Génome modulable (éléments variables et mobiles) - Ubiquité => Bestioles tout terrain Plasticité du génome : L’imagination des Bactéries pour trouver des solutions pour survivre aux pressions environnementales de sélection Génétique bactérienne : o Génétique : Science de la variation et de l’hérédité o Croissance bactérienne : reproduction asexuée par scissiparité ou scission binaire, absence de recombinaison génétique (pas de zygote). Bactérie haploïde (1 chromosome). o Génétique bactérienne: les bactéries sont devenues un matériel de choix de l'étude de la génétique à cause de leur division rapide. -

ADN bactérien  3 formes topologiques: superenroulé (pour être contenu dans la cellule), linéaire, relâché (active). La forme linéaire est obtenue par coupure grâce à des enzymes de restriction : Endonucléases. Les 2 chaînes du brin sont maintenues par des liaisons H. Si on chauffe, on brise les liaisons H, séparation en brins monocaténaires = Dénaturation ou fusion. GC% = Nombre de paires G/C, associé aux espèces. La t° de fusion détermine le GC%, critère de classification. Hydrolyse ou restriction: ADN double brin coupé par les endonucléases. Le génome est réduit à des fragments isolables et mesurables par électrophorèse en gel d'agarose. Le profil de restriction permet de savoir si la bactérie qu’on pense être à la cause d’une maladie est bien la même que celle trouvée chez le patient (intérêt en épidémiologie: distinguer 2 bactéries) Variations bactériennes (liées à l'apparition ou la répression de gènes): Variation de l’aspect de la colonie, dépigmentation, perte de la capsule (virulence), résistance à un antibiotique, fermentation (lactose). Elles sont liées à l'apparition ou à la répression de gènes.

-

-

Variation phénotypique : Adaptation rapide de la population bactérienne ayant le même génotype à diverses conditions extérieures, induite, réversible, non transmissible à la descendance mais spécifique. Ce mécanisme est en relation avec l’activité ou l’expression des gènes et la découverte de systèmes de régulation. Variation génotypique : Modification du génome par mutation, recombinaison, transfert de gènes en dépit des systèmes de correction. Mutation = événement le + svt silencieux, svt nocif, parfois favorable Modification  Spontanée ou induite (UV, produits mutagènes)  Discontinue (tout ou rien)  Stable (caractère acquis héréditaire)  Rare: Taux de mutation = Probabilité pour une Bactérie de muter pendant une unité de temps donné ~ temps de régénération (Taux moyen = 10-6)

 

Modification spécifique – indépendante: la probabilité de subir simultanément 2 mutations distinctes = produit d...