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Microbiologie

 Introduction à la Microbiologie  

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Définition des microbes; Découverte du monde microbien; Classification des bactéries; Principaux groupes de micro-organismes. Structure générale de la Bactérie: Les divers constituants de la bactérie; Les organites obligatoires; Les organites facultatifs.

TD (15): Illustrations du cours par des exercices.

Partie I: Généralités

1. Définition

Les microorganismes ou microbes sont des êtres vivants invisibles à l’œil nu, unicellulaires ou pluricellulaires. Dans ce cas, les cellules ne sont pas différenciées en tissus. Sous ce terme, sont regroupés virus, bactéries, les levures, protozoaires, algues et champignons microscopiques. Ils sont indispensables à l’équilibre de la biosphère en participant aux cycles élémentaires de la nature. Ils peuvent être bénéfiques et utiles tout autant que néfastes.

Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes (caractérisées par une absence de noyau et d’organites). La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les bactéries mesurent quelques micromètres de long et peuvent présenter différentes formes: des formes sphériques (coques), des formes allongées ou en bâtonnets (bacilles), des formes plus ou moins spiralées. L’étude des bactéries est la bactériologie, une branche de la microbiologie.

2. Découverte du monde microbien

Le mot microbe a été introduit par le chirurgien français Charles Sédillot en 1878 pour désigner tous ces êtres vivants infiniment petits, un mois avant que Pasteur et ses collaborateurs fassent une communication à l’Académie de médecine, la Théorie des germes et ses applications à la médecine et à la chirurgie, dans laquelle des êtres vivants microscopiques sont déclarés responsables de maladies.

Les bactéries étant microscopiques, elles ne sont donc visibles qu’au microscope. Antoine van Leeuwenhoek fut le premier à observer des bactéries, grâce à un microscope de sa fabrication, en 1668. Le mot «bactérie» apparaît pour la première fois avec le microbiologiste allemand Christian Gottfried Ehrenberg en 1828. En 1859 Louis Pasteur démontra que les processus de fermentation sont causés par des micro-organismes et que cette croissance n’était pas due à la génération spontanée. Il démontra aussi le rôle des micro-organismes comme agents infectieux. Il conçut également des milieux de culture, des procédés de destruction des micro-organismes comme l’autoclave et la pasteurisation.

Le médecin allemand Robert Koch  (prix Nobel de médecine et de physiologie en 1905) et ses collaborateurs mirent au point les techniques de culture des bactéries sur milieu solide. Après avoir travaillé sur le choléra, la maladie du charbon (anthrax) et la tuberculose, il démontra de façon claire qu’une bactérie pouvait être l’agent responsable d’une maladie infectieuse et il proposa une série de postulats (les postulats de Koch) confirmant le rôle étiologique d’un micro-organisme dans une maladie. Les microbiologistes Martinus Beijerinck et Sergei Winogradsky initièrent les premiers travaux de microbiologie de l’environnement et d’écologie microbienne en étudiant les communautés microbiennes du sol et de l’eau et les relations entre ces micro-organismes.

Si les bactéries étaient connues au XIXe siècle, il n’existait pas encore de traitement antibactérien. En 1909, Paul Ehrlich mit au point un traitement contre la syphilis avant l’utilisation de la pénicilline en thérapeutique suggérée par Ernest Duchesne en 1897 et étudiée par Alexander Fleming en 1929. En 1977, Carl Woese grâce à ses travaux de phylogénie moléculaire divisa les procaryotes en deux groupes: les Bacteria et les Archaea.

3. Principaux groupes de microorganismes

Les micro-organismes sont présents dans toute la structure taxonomique. Il est possible de distinguer d’une part les micro-organismes procaryotes qui ne possèdent pas de noyau comme les bactéries et les Archaea, et d’autre part les micro-organismes eucaryotes possédant un noyau. Les eucaryotes microscopiques comprennent les champignons comme les levures et les deux types de protistes, algues et protozoaires. Les micro-organismes sont rencontrés dans tous les types d’environnement présent dans la nature, ils colonisent tous les écosystèmes. Ils sont isolés du sol, des eaux douces et des eaux marines, de l’air, mais aussi d’environnement plus hostiles tel que les pôles, les déserts, les geysers, le fond des océans. Les micro-organismes rencontrés dans des environnements extrêmes sont qualifiés d’extrémophiles

. De nombreux micro-organismes sont associés aux plantes ou aux animaux avec lesquels ils peuvent entretenir des relations de symbiose, de commensalisme ou de parasitisme. Certains micro-organismes peuvent être pathogènes, c’est-à-dire entraîner une maladie chez les plantes ou les animaux.

3.1. Les Champignons

Champignon est un terme ambigu qui désigne en français divers organismes biologiques sans chlorophylle, pas ou peu mobiles, constitués de cellules pourvues de noyaux et qui font donc partie des Eucaryotes. L’étude de ces champignons est la mycologie et ceux qui la pratiquent sont des mycologues. Les champignons ont longtemps été considérés comme des végétaux, en raison de leur immobilité et de la présence d’une paroi cellulaire épaissie, végétaux dits « cryptogames » car ne produisant pas de fleurs. Mais les champignons constituent un règne à part appelé Fungi qui regroupe non seulement  les organismes qui produisent des sporophore, mais aussi toutes sortes d’organismes eucaryotes pluricellulaires ni végétaux, ni animaux, comme les moisissures, les rouilles, le mildiou, les saprolègnes, et même parfois unicellulaires comme les levures. Ils se différencient des plantes et des algues par au moins 6 caractères:

1.      Ils sont eucaryotes,

2.      Ils sont hétérotrophes vis-à-vis du Carbone. Les champignons doivent extraire de leur environnement des composés organiques déjà constitués. Ils sont soit saprophytes, soit parasites, soit alors symbiotiques;

3.      Ils sont absorbotrophes,

4.      Leur appareil végétatif est ramifié, diffus et tubulaire,

5.      Ils se reproduisent via des spores non flagellées

6.      Leur paroi cellulaire est chitineuse (comme celle des Insectes)

Exemple: Les Levures

Une levure est un champignon unicellulaire (certaines levures sont cependant capables d’arborer un aspect pseudo pluricellulaire par la formation, par ex., de pseudomycélium) apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales.

Les genres: Saccharomyces cerevisiae (levure de bière ou levure de boulangerie) est le genre le plus courant des levures. Il existe beaucoup d’autres genres de levures. En particulier Candida possédant un pouvoir pathogène (responsable des mycoses appelées candidoses“). La plupart s’apparente aux Ascomycètes (type truffe, pézize), quelques unes à l’autre grand groupe de champignons supérieurs, les Basidiomycètes (type amanites, bolets) et d’autres enfin sont des formes imparfaites non rattachables clairement à aucun groupe défini.

Milieux de culture: N’importe quel milieu de culture glucosé convient. Cependant on utilise de façon préférentielle:

·              Milieux non-sélectifs: Milieu ordinaire; Milieu BCP; Milieu à l’extrait de malt (Extrait de malt, agar-agar et eau)

·              Milieux sélectifs: Gélose Sabouraud (sélectif par pH acide, auquel on peut ajouter du chloramphénicol ou gentamicine)

Conditions de croissance

·                          La température: La température optimale de culture des levures se situe en général entre 25 et 30°C, mais comme les autres micro-organismes, les levures peuvent être classées en levures psychrophiles, mésophiles et thermophiles.

·                          Activité de l’eau: La plupart des souches ne peuvent se développer pour une activité de l’eau inférieure à 0,90; Beaucoup sont xérotolérantes.

·                          L’oxygène: toutes les levures sont capables de se développer en présence d’oxygène: Certaines levures sont aérobie strictes (ex : les Rhodotorula). Les autres sont aéro-anaérobie facultatives

·                          Le pH: Les levures tolèrent donc des gammes de pH très larges, théoriquement de 2,4 à 8,6.

·                          La sensibilité aux Antibiotiques:  la sensibilité à la cycloheximide (actidione

) est variable et on peut distinguer 3 groupes de levures :

§      Levures inhibées dès 1µg/mL (ex : Saccharomyces)

§      Levures inhibées à 25µg/mL (ex: Schizosaccharomyces)

§      Levures tolérantes à 1mg/mL (ex: Zygosaccharomyces)

Le Chloramphénicol inhibe la synthèse de protéines mitochondriales mais pas celle des protéines cytoplasmiques. Seules les levures capables de fermenter peuvent alors être cultiver en présence de chloramphénicol.

Modes de multiplications: Les levures sont capables de se multiplier selon deux modes différents: le mode sexué et le mode asexué.

Les ascomycètes qui se reproduisent par un processus sexué dans un asque résultant de la transformation d’une cellule après méiose.
Les basidiomycètes qui réalisent une reproduction sexuée avec formation de basidiospores sur une baside. Les deutéromycètes regroupent l’ensemble des levures ne présentant pas de mode connu de reproduction sexuée.

Pour la plupart des levures la multiplication asexuée (mitotique) est la forme majeure de multiplication. Il existe 2 types de division mitotique chez les levures : par bourgeonnement (cas des Saccharomyces), ou par scission (cas des Schizosaccharomyces).

Cycle de vie

Les cellules haploïdes se multiplient en bourgeonnant: la cellule mère bourgeonne une cellule fille plus petite (mitose), mais possédant la même information génétique. Il existe des cellules haploïde “a” et des cellules haploïde “α” qui correspondent à des signes sexuels distincts. Ces deux types de cellules ne se distinguent pas morphologiquement mais par la phéromone qu’elles produisent : MATa ou MATα. Les phéromones libérées permettent l’amorce du processus de fécondation en se liant à un récepteur spécifique. Ensuite c’est la fusion entre une cellule “a” et une “α” qui donne naissance à une cellule diploïde “a/α“. Tant que l’environnement est favorable, le diploïde se multiplie par bourgeonnement. Si les nutriments viennent à manquer, la cellule repasse en phase haploïde par un processus de méiose. On obtient finalement quatre noyaux haploïdes qui sont inclus dans les spores (ascospores) contenues dans un sac appelé asque. L’enveloppe de l’asque se rompt à maturité et libère alors deux cellules “a” et deux cellules “α” qui peuvent recommencer le cycle. Les souches industrielles sont souvent polyploïdes (3, 4, 5n Chromosomes) et donc possèdent plusieurs gènes pour un même caractère. La plupart de ces souches sont incapables de sporuler dans les conditions de culture industrielle et se reproduisent par bourgeonnement.

                

Cycle de vie de la levure

Utilisation: Les connaissances scientifiques et techniques ainsi acquises ont permis de cultiver et d’utiliser de grandes quantités de levures dans les procédés de fermentation industrielle, mais aussi pour la production de vitamines B, de thiamine, des antibiotiques et des hormones stéroïdes. En tant que sous-produit de procédés de fabrication, les levures sont utilisées comme nourriture animale. Une autre transformation majeure des levures est leur autolyse et concentration par divers procédés pour produire des extraits de levures qui sont utilisés comme éléments nutritionnels en alimentation humaine. Ces extraits sont riches en glutamates, glucanes, nucléotides, vitamines du groupe B etc[4]. La levure de bière (Saccharomyces cerevisiae) est un sous-produit lavé, tamisé, puis pressé et desséché de la fabrication de la bière. La levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) est utilisée pour faire lever le pain, grâce à la production de gaz carbonique par fermentation. La levure de paraphine est également très utilisée dans la fabrication de textile. Le terme de « levure chimique » est employé en cuisine pour désigner une poudre, composée principalement de bicarbonate de sodium, dont on se sert en pâtisserie et lors de la panification pour faire lever rapidement la pâte et la rendre très légère.

3.2. Les Protistes

Les protistes regroupent les organismes unicelluraires et ceux à structures complexes  de 100 mètres de long. Ils possèdent une variété de reproduction et de stratégies nutritionnelles, et ont des caractéristiques qui les rapprochent des plantes et d’autre des animaux et ou des champignons.  Les protistes photosynthétiques diffèrent des plantes en ce qu’ils ne possèdent pas de structures qui protègent les gamètes ou le zygote. Les plantes et les animaux traversent une période de développement embryogénique contrairement aux protistes. La paroi des champignons est constituée de chitine, mais ne possèdent ni cils ni flagelles. Les Protistes n’ont pas de chitine dans leur paroi mais beaucoup possèdent des cils et des flagelles. On distingue deux groupes de protistes:

Les Autotrophes: algues vertes; algues marrons; algues rouges; diatomées; dinoflagellés; euglenophycées

Les Hétérotrophes: amibes; ciliés; zooflagellés; sporozoaires; plasmodial slime molds ; cellular slime molds; water molds

3.2.1. Les protistes autotrophes

Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Les Algues Procaryotes ou cyanophytes ou Cyanobactéries ou algues bleu-vert ont une structure procaryote typique des bactéries. La photosynthèse se produit directement dans le cytoplasme.

Les protophytes sont les protistes aquatiques d’eau douce ou marine. Algues autotrophes sont dites photosynthétiques comme les plantes. Ils libèrent beaucoup d’oxygène dans l’atmosphère, et ravitaille les chaînes alimentaire aquatiques en nutriments.

1.a. Algues vertes

Les algues vertes sont unicellulaires, coloniales, filamenteux, ou multicellulaires.  Les algues vertes sont considérées comme les ancêtres des plantes. Algues et plantes possèdent  les caractéristiques suivantes: une paroi cellulaire contenant la cellulose ; les chlorophylle a et b ; Elles accumulent leurs réserves comme l’amidon dans le  chloroplaste.

Les Chlamydomonas  sont des algues vertes unicellulaires à 2 flagelles. Les cellules sont organisées en sphères gélatineuses pourvues de 2 flagelles. Ils se reproduisent soit de façon asexuée (par mitose) lorsques les conditons sont favorables, soit de façon sexuée dans les conditions défavorables. Le zygote forme une zygospore à paroi épaisse qui résiste aux conditions environnementales extrêmes et se divise par mitose dans les conditions favorables. Les adultes sont haploïdes donc le cycle cellulaire est haplophasique.

Beaucoup d’espècesde  Chlamydomonas sont isogamiques (les deux gamètes ont la même taille), d’autres sont oogamiques (les deux gamètes ont la même taille; le plus large étant le gamète femelle).

La Spirogyre: Spirogyra est une algue filamenteuse dont le chloroplaste a la forme spyralée. Le cycle eshaplophasique. La reproduction sexuée s’effectue par conjugation, aucours de laquelle les gamètes sont transféeés d’une celle donnatrice à une cellule réceptrice par les pili sexuels. Le zygote résiste aux conditions extrêmes et se divise par méiose prour libérer les filaments haploïdes pendant les conditions favorables

          

             Spirogyra                                                              Ulva

Ulva est multicellulaire  avec alternance de deux generations haploïdes et diploïdes. Autres algues vertes: Volvox: Multicellulire, reproduction asexuée

 1.b. Les algues marrons

Les algues marrons sont multicellulaires, photosynthétiques malgré leur pigmentation. Beaucoup ont un cycle avec avec alternance de deux generations haploïdes et diploïdes. Ex Fucus

Genre Fucus: Gamètes sont produits dans les réceptacles.

Les genres Macrocystis and Nereocystis          

     

Macrocystis                                                                       Nereocystis -

Sargassam

1.c. Les Algues Rouges

Les Algues Rouges se rencontrent principalement dans les environnements chaux, et les océans tropicaux. Les pigments accesseoires appelés phycobilines leur permettent de survivre  dans les eaux profondes où prédomine la lumière bleue et verte. Certaines espèces sont filamenteuses, d’autres on tune structure complexe. Le genre Corallina secrète le carbonate de calcium sur leur paroi ce qui contribue au développement des récifs coralliens.

      

Ceramium  (filamentaux)                                   Corallina  (complex)      

1.d. Les Diatomées

Diatomées sont des algues unicellulaires des océans dont la parois contient la silice sur les deux couches.  Ils sont utilisés comme agent de filtration ou d’abrasion. 

Diatomées mixtes

1.e. Les Dinoflagellés

Ce sont des formes plate protégées par la cellulose et pourvues de deux flagelles. Ils jouent un rôle important dans la chaine alimentaire aquatique. Certaines espèces (Gymnodinium, Gonyaulax, and Pfiesteria ) produisent  un pigment rouge qui intoxiquent les poissons marins.

      

                 Dinoflagellé                                                           Euglena

1 ;F. Les Euglenophycées

Seulement 1/3 d’espèces d’Euglénophycées sont photosynthétiques et utilisent les flagelles pour assurer leur mouvement. La reproduction est asexuée.

3.2.2. Les Protises hétérotrophes (Protozoaires)

Les protozoaires comme les animaux n’ont pas de paroi cellulaire, sont hétérotrophes et toujours mobiles. Des vacuoles spécifiques assurent la digestion des aliments et l’élimination de l’eau (vacuoles alimentaires et contractiles). La reproduction est habituellement asexuée par mitose, mais aussi sexuée pendant une phase au moins du cycle de développement

2.a. Les Amibes

Les amibes se déplacent par des extensions cytoplasmiques appelées pseudopodes, et se nourrissent par phagocytose. Beaucoup viven dans les eaux marines, mais  marine organisms Amoeba proteus se retrouvent dans les eaux douces.

 Amoeba proteus

2.b. Les Foramanifères

Les Foramanifères liivent dans les sédiments marins. Ils sont recouverts d’une couche calcaire fait de carbonate de calcium, et perforés de pores où émergent pseudopodes. Ils contribuent à la formation des roches sédimenteuses. 

2.c. Les Radiolaires

Radiolaires  sont marins avec un squelette compose de silice, et de nombreux pseudopodes semblables aux aiguilles. 

2.d. Les Ciliés

Ex: La Paramécie

Les Paramécies sont recouvertes d’une pellicule externe comportant une centaine de cils. Ils possèdent une invagination buccale et un pore anal, un micronoyau et un macronoyau.  Le macronoyau est polyploïde (860N chez Paramecium Aurelia. Le micronoyau est diploïde et est impliqué dans les processus de reproduction sexuée et asexuée. La reproduction sexuée s’effectue par conjugaison : Le micronoyau se divise par méiose, 3 des 4 noyaux se désagrègent avec le macronoyau. Le micronoyau restant se divise par mitose pour donner deux noyaux haploïdes. Au cours de la conjugaison, un des noyaux passe d’un conjuguant à l’autre, puis les deux noyaux d’origine différent fusionnent en un micronoyau diploïde.

Paramecium caudatum

Conjugation in Paramecium

2.e. Zooflagellés

Les zooflagellés sont des protozoaires qui se déplacent par des flagelles. Beaucoup établissent une relation symbiotique avec d’autres organismes. Ils incluent les organismes qui vivent dans l’appareil digestif des termites et assurent la digestion de la cellulose. Les Trypanosomes sont des zooflagellés qui causent la trypanosomiase et transmise à l’homme par la mouche tsé-tsé. 

Trypanosoma dans le sang humain

2.f. Les Sporozoaires

Certain sporozoairess sont parasites avec un cycle de vie très compliqué qui fait souvent intervenir la formation des spores infectives.

Plasmodium falciparum qui se multiplie dans les globules rouges cause le paludisme chez l’homme. 

3.2.3. Protistes Décomposeurs ou Saprotrophes

Slime molds play an ecological role similar to that of fungi. They are decomposers, feeding on dead organic material. They differ from fungi in that slime molds ingest their food.

Acellular (Plasmodial) Slime Molds

These individuals are diploid, multinucleate masses that creep along the substrate and phagocytize dead organic material and microorganisms. The mass is one large cell referred to as a plasmodium.

Ex: Physarum polycephalum.

View the plasmodium of Physarum under a dissecting microscope and notice movement of the cytoplasm. Can you detect movement of the plasmodium? When environmental conditions are unfavorable such as when sufficient food or moisture are unavailable, sporangia form, and spores are produced by meiosis. Spores are resistant to environmental extremes and germinate when environmental conditions become favorable. They germinate to produce haploid cells that are either biflagellate (two flagella) or amoeboid. These cells can act as gametes, fusing to produce a diploid zygote that matures into the plasmodium.

Cellular Slime Molds

Cellular slime molds exist as individual amoeboid cells that phagocytize bacteria and yeast. When food becomes scarce, the cells aggregate to produce a sluglike mass. This mass of cells may continue to move about but eventually will settle down and cells within the mass will produce fruiting bodies (reproductive structures). The cells at the tips of the fruiting bodies become spores. The spores germinate when conditions become favorable. In the sexual phase of the life cycle, two amoeboid cells fuse to form a zygote. New amoeboid cells are produced by meiosis.

Water Molds

Many water molds are parasites of fish, insects, and plants. For example, the Irish potato famine was caused by a water mold.Most species are saprotrophic; they live off of dead organic matter.

3.3. Les virus

Les virus sont des entités génétiques contenant soit l’ADN, soit l’ARN entourés ou non par une membrane protéique ou une paroi, et pouvant exister sous deux états: à l’état extracellulaire il est appelé virion et est métaboliquement inerte; à l’état intracellulaire il se reproduit son génome et synthétise ses protéines en utilisant l’armature synthétique de l’hôte. Le génome peut être simple ou double brins. Ils peuvent être considérés soit comme les agents infectieux, soit comme des agent qui provoquent des modifications héréditaires chez l’hôte. Ils sont plus petits que les cellules et mesurent de 0.2 à 0.3µm. Le plus gros (smallpox) mesure 200 nm alors que le plus petit (virus de la polyomyélite) mesure 28 nm. Il existe des virus animaux (VIH, virus de l’hépathite), des virus végétaux (virus de la mosa¨que du tabac, virus du niébé) et les bactériophages (T4, X174, M13).

4. Classification des bactéries

La taxonomie est l’ensemble des principes et théories qui permettent de classer et de valider le classement des organismes. Les microorganismes sont classés en taxons, ou groupes, sur la base de leurs relations phénétiques et/ou phylogénétiques. La classification des bactéries est maintenant établie de manière phylogénétique. Les méthodes moléculaires utilisées permettent de connaître les relations entre les bactéries.

Les bactéries peuvent être divisées en 12 groupes qui ont été définis à partir de l’analyse de l’ARN ribosomal 16S et 23S.

L’espèce est l’unité fondamentale de la classification. Elle regroupe les organismes qui possèdent de nombreux caractères communs. Cependant à l’intérieur d’une même espèce, il est possible de distinguer des souches et des clones.
Une souche est la sous-division d’une espèce. Un clone est une population descendant d’une même souche. 

Les bactéries peuvent être classées selon leurs caractères:

·biochimiques (classification en biotypes ou biovars)

·antigéniques (classification en sérotypes ou sérovars)

·pathogéniques (classification en pathotypes ou pathovars)

·enzymatiques (classification en zymotypes ou zymovars)

·de sensibilité aux antibiotiques (classification en antibiotypes)

·de sensibilité aux bactériophages (classification en lysotypes ou lysovars)

·moléculaires : identification de l’ADN par ribotypie, hybridation ADN-ADN, hybridation ADN-ARN,séquençage de l’ARN ribosomique, etc.

Les bactéries peuvent aussi être classées selon:      

·la coloration de Gram

·la morphologie

·la mobilité

·la capacité à sporuler

·la température de croissance

·les besoins nutritionnels

·le mode respiratoire

·la capacité de photosynthèse

·l’utilisation des différentes sources de carbone ou d’azote

·le G+C% du génome

Différentes approches permettent la classification des bactéries.

4.1. Classification phénotypique

·  Critères morphologiques (forme et groupement des bactéries, présence ou absence de flagelle, nature de la paroi, type de mobilité, présence d’endospore).

·  Critères physiologiques (type métabolique, source d’énergie, de carbone, d’azote, type de substrat utilisé, capacité à produire certaines molécules, produits de fermentation, métabolites secondaires…).

·  Critères de pathogénicité.

·  Critères de sérogroupage.

4.1. Chimiotaxonomie

Il s’agit de l’analyse chimique de constituants cellulaires (structure et composition de la paroi, des membranes plasmiques, du peptidoglycane).

4.2. Classification moléculaire

·                   Composition en bases de l’ADN. Le pourcentage de guanine + cytosine varie d’un organisme à un autre, mais est relativement constant au sein d’une même espèce. Le pourcentage de G + C varie de 25 à 70% chez les procaryotes.

·                   Hybridation ADN – ADN. Cette technique permet de comparer la totalité du génome bactérien et d’estimer le degré d’homologie entre deux bactéries. Cette caractéristique est importante dans la définition d’une espèce bactérienne.

·                   Séquençage des ARN ribosomiques ou séquençage des gènes codant les ARNr. Chez les procaryotes, la comparaison de la séquence en nucléotides de l’ARN 16S permet d’évaluer le degré de parenté entre ces organismes. Ces gènes sont qualifiés d’horloge moléculaire et permettent la classification phylogénétique.

4.3. Identification des espèces bactériennes

La détermination génétique des espèces se base sur l’étude des gènes des ARN ribosomiques. Le choix des gènes des ARNr 16S se justifie pour les raisons suivantes :

·          les ARNr 16S sont des molécules ubiquistes ;

·          leur structure est bien conservée car toute modification pourrait nuire à la synthèse protéique.

4.4.  Conditions physico-chimiques de la croissance bactérienne

4.4.1. Effet de l’oxygène

Il existe plusieurs classes de bactéries en fonction de leurs rapports avec l’oxygène.

a - Les bactéries aérobies strictes ne se développent qu’en présence d’air. Leur source principale d’énergie est la respiration. L’oxygène moléculaire, ultime accepteur d’électron, est réduit en eau (Pseudomonas, Acinetobacter, Neisseria).

b- Les bactéries microaérophiles se développent mieux ou exclusivement lorsque la pression partielle d’oxygène est inférieure à celle de l’air (Campylobacter, Mycobacteriaceae).

c- Les bactéries aéro-anaérobies facultatives se développent avec ou sans air. C’est le cas de la majorité des bactéries rencontrées en pathologie médicale : les entérobactéries (Escherichia, Salmonella), les streptocoques, les staphylocoques. L’énergie provient de l’oxydation des substrats et de la voie fermentaire.

d - Les bactéries anaérobies strictes ne se développent qu’en absence totale ou presque d’oxygène qui est le plus souvent toxique. Ces bactéries doivent se cultiver sous atmosphère réductrice. La totalité de l’énergie est produite par fermentation.

C’est le cas des bactéries intestinales (Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium) et de nombreuses bactéries présentes dans les flores normales de l’organisme. La toxicité de l’oxygène s’explique par la production de radicaux superoxydes que les bactéries anaérobies ne peuvent pas détruire (absence de superoxyde dismutase) et/ou par l’absence d’une activité enzymatique à type de catalases et de peroxydases.

4.4.2. Effet de la température

Les bactéries peuvent être classées selon leur température optimale de croissance.

 - Bactéries mésophiles (Ex. Escherichia coli) : température de croissance proche de celle du corps humain (37°C)

- Bactéries thermophiles (Ex. Thermus aquaticus): températures de croissance comprises entre 45°C et 70°C .

- Bactéries hyperthermophiles (Ex: Archaea) : températures de croissance supérieures à 80°C .

- Bactéries psychrophiles (Ex: ) :Températures proches de 0°C (optimum à 10-15°C).

- Bactéries psychrotrophes (Ex.: Pseudomonas) : températures de croissance proches de 0°C avec optimum de croissance proche des bactéries mésophiles.

4.4.3. Effet du pH

Le pH (concentration en ion hydrogène [H+]) de l’environnement varie entre 0,5 (sols acides) et 10,5 (eaux alcalines des lacs).

Les bactéries pathogènes ou liées à l’écosystème humain se développent le plus souvent dans des milieux neutres ou légèrement alcalins.

On distingue les bactéries:

- neutrophiles qui se développent pour des pH sont compris entre 5,5 et 8,5 avec un optimum voisin de 7. La plupart des bactéries médicalement importantes sont ainsi.

- alcalophiles qui préfèrent les pH alcalins: cas de Pseudomonas et Vibrio, donc milieux de culture particuliers

- acidophiles qui se multiplient mieux dans des milieux acides : cas des Lactobacillus.

4.4.4. Effet de la pression osmotique

Les bactéries sont assez tolérantes aux variations des concentrations ioniques. Certaines espèces sont osmotolérantes (staphylocoques, Vibrio cholerae).

4.4.5. Effet de l’eau libre

La disponibilité de l’eau présente dans l’atmosphère ou dans une substance intervient dans la croissance bactérienne. L’activité de l’eau (Aw) est inversement proportionnelle à la pression osmotique d’un composé. Ainsi, elle est affectée par la présence plus ou moins importante de sels ou de sucres dissous dans l’eau.

- Présence de sels : Les bactéries halophiles nécessitent du sel (NaCl) pour leur croissance. Cette concentration peut varier de 1-6% pour les faiblement halophiles jusque 15-30% pour les bactéries halophiles extrêmes (Halobacterium).

Les bactéries halotolérantes acceptent des concentrations modérées de sels mais non obligatoires pour leur croissance (Ex: Staphylococcus aureus).

- Présence de sucres : Les bactéries osmophiles nécessitent des sucres pour leur croissance. Celles osmotolérantes acceptent des concentrations modérées de sucres mais non obligatoires pour leur croissance. Enfin les bactéries xérophiles peuvent se multiplier en l’absence d’eau dans leur environnement.

4.4. 6. Métabolisme énergétique On peut opposer les bactéries ayant un métabolisme fermentatif et celles ayant un métabolisme de type respiratoire.

- Formes, structures et classification bactériennes

- Notion de Mycologie et de Virologie

 Références et plus d’informations

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Microbiologie

wwwabi.snv.jussieu.fr/boccara/Public/…/POLY_1_CNEDLV342.pdf

Version pdf du cours avec illustrations: introduction-a-la-microbiologie.pdf



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