ANATOMIE - STRUCTURE
A - DECOUVERTE DES BACTERIES
. Que penser d'un examen macroscopique d'urine ?
B - METHODES D'ETUDE
Compte tenu de leur taille (de l'ordre du micron), elles seront visualisées par le microscope.
. Diverses techniques de coloration existent, mettant en évidence des affinités tinctoriales différentes telle la coloration de Gram, très utilisée en pratique courante ou encore celle de l'imprégnation argentique pour révéler les spirochètes ou encore celle révélant le caractère acido-alcoolo-résistant de certains bacilles (BAAR ou mycobactéries).
C - DEFINITION D'UNE BACTÉRIE
Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme, micron) de morphologie différente qui présente des caractéristiques propres (Procaryote).
| Objectifs d'aujourd'hui Qu'est-ce qu'une bactérie ? Comment la voir ou la mettre en évidence ? Quelles sont ses principales caractéristiques morphologiques et structurales ? Intérêt médical de connaître la morphologie et la disposition des bactéries ? |
A - DECOUVERTE DES BACTERIES
. Que penser d'un examen macroscopique d'urine ?
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La première mise en évidence des bactéries a été possible avec un miscroscope simple fabriqué par Anthonie van Leeuwenhoeck, drapier hollandais (1632-1723). Pour en savoir plus. Ainsi il décrit dans la salive de "Très nombreux animalcules.....autant d'habitants que sur la planète" Un microscope de type Stiassine (début 1800) |
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B - METHODES D'ETUDE
Compte tenu de leur taille (de l'ordre du micron), elles seront visualisées par le microscope.
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. microscopie électronique (G x >10.000 fois) |
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. microscopie optique (G x 1000 -1500 fois) La présence de bactéries est habituellement recherchée avec un microscope optique sans coloration (état frais) ou après coloration (cf travaux pratiques). |
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. état frais : voici un examen d'urine mettant en évidence des polynucléaires neutrophiles (G x 400) |
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. après coloration : voici un examen de pus urétral après avoir coloré la lame avec une solution de bleu de méthylène : il y a mise en évidence de polynucléaires neutrophiles ayant phagocyté des bactéries de type diplocoque (G x 1000) |
. Diverses techniques de coloration existent, mettant en évidence des affinités tinctoriales différentes telle la coloration de Gram, très utilisée en pratique courante ou encore celle de l'imprégnation argentique pour révéler les spirochètes ou encore celle révélant le caractère acido-alcoolo-résistant de certains bacilles (BAAR ou mycobactéries).
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C - DEFINITION D'UNE BACTÉRIE
Etre unicellulaire de petite taille (microorganisme, micron) de morphologie différente qui présente des caractéristiques propres (Procaryote).
D - CARACTERISTIQUES DES PROCARYOTES
Tableau 1: Quelques caractères distinctifs des procaryotes et eucaryotes
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Tableau 1: Quelques caractères distinctifs des procaryotes et eucaryotes
E - LES PRINCIPAUX ELEMENTS
LES ENVELOPPES
1. La capsule
Ce constituant inconstant est le plus superficiel. Sa mise en évidence s'effectue par coloration négative (le colorant, encre de Chine ou Nigrosine est repoussé par la capsule et apparaît en clair sur fond noir).
Exemple:
Constitué de polysaccharides acides (sucres sous forme d'acides uroniques tel l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, mais aussi sous forme de sucres phosphorés), ce composant est lié à certains pouvoirs pathogènes, car il empêche la phagocytose.
Elle peut se trouver à l'état soluble dans les liquides de l'organisme (emploi dans le diagnostic = recherche d'antigène soluble).
Elle intervient dans l'identification infra-spécifique. Ce typage est une des méthodes de reconnaissance des épidémies.
Les polymères capsulaires purifiés sont la base de certains vaccins(Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae).
2. Le glycocalyx
Il est responsable de l'attachement des bactéries aux cellules (cellules buccales, respiratoires......) ou à des supports inertes (plaque dentaire sur l'émail dentaire, biofilms sur les cathéters, ou encore les prothèses dans le cas de bactéries d'intérêt médical). Il protège les bactéries du biofilm de la dessiccation, sert à concentrer ou modifier les éléments nutritifs exogènes et rend les bactéries résistantes: antiseptiques, désinfectants, antibiotiques.
3. La paroi
Un exemple de mise en évidence après un traitement antibiotique de type ß-lactamine
LES ENVELOPPES
1. La capsule
Ce constituant inconstant est le plus superficiel. Sa mise en évidence s'effectue par coloration négative (le colorant, encre de Chine ou Nigrosine est repoussé par la capsule et apparaît en clair sur fond noir).
Exemple:
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Méningite à Cryptococcus chez un sidéen
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Autre exemple de mise en évidence (par coloration) :
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Constitué de polysaccharides acides (sucres sous forme d'acides uroniques tel l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, mais aussi sous forme de sucres phosphorés), ce composant est lié à certains pouvoirs pathogènes, car il empêche la phagocytose.
Elle peut se trouver à l'état soluble dans les liquides de l'organisme (emploi dans le diagnostic = recherche d'antigène soluble).
Elle intervient dans l'identification infra-spécifique. Ce typage est une des méthodes de reconnaissance des épidémies.
Les polymères capsulaires purifiés sont la base de certains vaccins(Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae).
2. Le glycocalyx
| Ce sont des fibres polysaccharidiques ou polymères extrêmement fréquents entourant la bactérie et difficiles à visualiser en microscope électronique. Le feutrage des fibres de glycocalyx est constant dans le cas de bactéries vivant en biofilm dans les conditions naturelles. |
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Il est responsable de l'attachement des bactéries aux cellules (cellules buccales, respiratoires......) ou à des supports inertes (plaque dentaire sur l'émail dentaire, biofilms sur les cathéters, ou encore les prothèses dans le cas de bactéries d'intérêt médical). Il protège les bactéries du biofilm de la dessiccation, sert à concentrer ou modifier les éléments nutritifs exogènes et rend les bactéries résistantes: antiseptiques, désinfectants, antibiotiques.
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Certaines structures sont plus grosses, protéiques, fibrillaires et rigides (fimbriae ou pili) qui permettent l'attachement spécifique des bactéries sur les cellules, phase essentielle dans certains pouvoirs pathogènes (Escherichia coli de certaines infections urinaires). |
| Des virus bactériens ou bactériophages peuvent infecter la bactérie après fixation sur certains pili, dits sexuels (cf génétique) |
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3. La paroi
Un exemple de mise en évidence après un traitement antibiotique de type ß-lactamine
. Définition : enveloppe rigide assurant l'intégrité de la bactérie, donc responsable de la forme des cellules. Elle protège des variations de pression osmotique (mer). Elle est absente chez les Mollicutes (Mycoplasma). En dehors de bactéries halophiles ou thermophiles, la partie commune à toutes les parois bactériennes est le peptidoglycane, enveloppe la plus interne.
Le peptidoglycane est un hétéropolymère composé de chaînes glucidiques reliées les unes aux autres par des chaînons peptidiques (pentapeptide). La macromolécule réticulée tridimensionnelle est ainsi constituée et sa solidité dépend de l'importance des interconnexions. La paroi de la bactérie est ainsi une unique macromolécule.
La biosynthèse du peptidoglycane s'effectue par sous-unités dans le cytoplasme jusqu'à l'assemblage du disaccharide-pentapeptid (N-Acétyl Glucosamine-Acide N-Acétyl Muramique- L-Alanine-D-Glycine-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine) qui traverse la membrane cytoplasmique fixé sur un transporteur phospholipidique puis est attaché à la chaîne glucidique de la paroi pré-existante (réaction de transglycosylation). Les chaînes peuvent être reliées pour former la molécule réticulée finale par liaison covalente entre les peptides (réaction de transpeptidation). D'autres enzymes sont nécessaires: hydrolases permettant de couper les chaînes glucidiques du peptidoglycane (rôle essentiel lors de la division), D, D carboxypeptidases coupant le dipeptide D- Alanine-D-Alanine et réduisant le nombre des interconnexions.
- Paroi des bactéries à Gram positif : Le peptidoglycane est le constituant majeur. La muréine représente jusqu'à 30 % du poids sec d'une cellule. Le peptidoglycane est très solide, les liaisons croisées entre chaînes glucidiques sont nombreuses.
- Paroi des bactéries à Gram négatif : Beaucoup plus complexe
Le peptidoglycane est en couche mince peu dense (< 15 % du poids sec). L'autre constituant essentiel est un lipide complexe (A) couplé à la glucosamine et à des résidus phosphore qui est amphiphile, possédant une partie hydrophobe et une hydrophile. Il y a analogie entre les appellations « endotoxine », « lipide A » et « membrane externe » (cf pouvoir pathogène).
Sur les résidus glucosamine, des polysaccharides complexes sont fixés et forment la partie la plus externe de la paroi. Ils sont essentiels pour la physiologie bactérienne dans les processus de pénétration de nutriments ou de toxiques, ils sont spécifiques de sous-espèces ou de types et comportent des sucres originaux : antigènes O.
On trouve à l'intérieur, des phospholipides. La membrane est successivement hydrophile (polysaccharide complexe), hydrophobe (lipide A et lipides des phospholipides), hydrophile (têtes hydrophiles des phospholipides).
Se trouvent enchâssées des protéines qui assurent la cohésion de la membrane, une liaison avec le peptidoglycane et des fonctions diverses de perméabilité sélective ou non. Ces porines, seules structures de transport des composés hydrophiles, sont essentielles à la vie de la bactérie mais aussi à l'action de certains antibiotiques. Enfin d'autres protéines servent à la captation d'ions (fer), ou de vitamines (facteurs de croissance). Notons les antigènes protéiques M des streptocoques.
D'autres structures existent telle chez les mycobactéries
Le peptidoglycane est un hétéropolymère composé de chaînes glucidiques reliées les unes aux autres par des chaînons peptidiques (pentapeptide). La macromolécule réticulée tridimensionnelle est ainsi constituée et sa solidité dépend de l'importance des interconnexions. La paroi de la bactérie est ainsi une unique macromolécule.
| . Composition : La chaîne polysaccharidique est formée de chaînons N-Acétyl Glucosamine - Acide N-Acétyl Muramique. Les chaînes peptidiques formées au minimum de quatre aminoacides (par exemple L-Alanine - D-Glycine - L-Lysine - D-Alanine) sont toujours fixées sur l'acide muramique. L'enchaînement des aminoacides des séries D et L est une constante. Ces tétrapeptides sont reliés directement entre eux ou par une courte chaîne peptidique (chaîne « interpeptidique»). |
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La biosynthèse du peptidoglycane s'effectue par sous-unités dans le cytoplasme jusqu'à l'assemblage du disaccharide-pentapeptid (N-Acétyl Glucosamine-Acide N-Acétyl Muramique- L-Alanine-D-Glycine-L-Lysine-D-Alanine-D-Alanine) qui traverse la membrane cytoplasmique fixé sur un transporteur phospholipidique puis est attaché à la chaîne glucidique de la paroi pré-existante (réaction de transglycosylation). Les chaînes peuvent être reliées pour former la molécule réticulée finale par liaison covalente entre les peptides (réaction de transpeptidation). D'autres enzymes sont nécessaires: hydrolases permettant de couper les chaînes glucidiques du peptidoglycane (rôle essentiel lors de la division), D, D carboxypeptidases coupant le dipeptide D- Alanine-D-Alanine et réduisant le nombre des interconnexions.
| Certaines étapes peuvent être entravées par certains antibiotiques: ß-lactamines, glycopeptides (cf antibiotiques) ou encore enzyme (lysozyme). La composition variant selon l'espèce ou le groupe bactérien, il a été possible de distinguer des affinités tinctoriales différentes par la coloration: Gram + et Gram -. |
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- Paroi des bactéries à Gram positif : Le peptidoglycane est le constituant majeur. La muréine représente jusqu'à 30 % du poids sec d'une cellule. Le peptidoglycane est très solide, les liaisons croisées entre chaînes glucidiques sont nombreuses.
- Paroi des bactéries à Gram négatif : Beaucoup plus complexe
Le peptidoglycane est en couche mince peu dense (< 15 % du poids sec). L'autre constituant essentiel est un lipide complexe (A) couplé à la glucosamine et à des résidus phosphore qui est amphiphile, possédant une partie hydrophobe et une hydrophile. Il y a analogie entre les appellations « endotoxine », « lipide A » et « membrane externe » (cf pouvoir pathogène).
Sur les résidus glucosamine, des polysaccharides complexes sont fixés et forment la partie la plus externe de la paroi. Ils sont essentiels pour la physiologie bactérienne dans les processus de pénétration de nutriments ou de toxiques, ils sont spécifiques de sous-espèces ou de types et comportent des sucres originaux : antigènes O.
On trouve à l'intérieur, des phospholipides. La membrane est successivement hydrophile (polysaccharide complexe), hydrophobe (lipide A et lipides des phospholipides), hydrophile (têtes hydrophiles des phospholipides).
Se trouvent enchâssées des protéines qui assurent la cohésion de la membrane, une liaison avec le peptidoglycane et des fonctions diverses de perméabilité sélective ou non. Ces porines, seules structures de transport des composés hydrophiles, sont essentielles à la vie de la bactérie mais aussi à l'action de certains antibiotiques. Enfin d'autres protéines servent à la captation d'ions (fer), ou de vitamines (facteurs de croissance). Notons les antigènes protéiques M des streptocoques.
D'autres structures existent telle chez les mycobactéries
Autres propriétés de la paroi bactérienne
Coloration de Gram : fondée sur l'action successive d'un colorant, le cristal violet, d'iode puis d'un mélange d'alcool et d'acétone (cf TP 1). Gram(1853-1938), a été inventeur de la coloration en 1884. Son intérêt est de donner une information rapide et médicalement importante, car le pouvoir pathogène et la sensibilité aux antibiotiques sont radicalement différents.
Les morphologies bactériennes sont variées. Les cellules peuvent être courtes, pratiquement sphériques (cocci ou coques) ou allongées (bacilles).
| Les bacilles sont essentiellement des cylindres à extrémités hémisphériques mais on en connaît aussi à extrémités fines, pointues (formes en fuseau) ou au contraire planes (bacilles dits « à bouts carrés»). Certains corps bacillaires sont incurvés (Vibrio, Campylobacter) ou spiralés (Leptospira, Treponema). Dans un environnement adapté, les cellules des bactéries peuvent être associées en groupements qui sont caractéristiques de l'espèce. |
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Quelques exemples à partir de produits pathologiques (cf Internet, QCM sur la morphologie)
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- L'absence de paroi est habituellement létale pour les bactéries (Mollicutes exceptés). Les bactéries dépourvues d'enveloppes extérieures sont les « formes L » et les protoplastes, suite à l'action des antibiotiques (ß-lactamines) ne semblent pas avoir un intérêt médical.
4. La membrane plasmique
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 selon V. Jarlier |
C'est une membrane trilamellaire formée de phospholipides dont les pôles hydrophobes sont face à face, entourant des protéines. Elle est à l'interface entre cytoplasme et structures externes. Certaines protéines, les perméases, ont un rôle important dans les échanges. D'autres protéines sont des enzymes respiratoires ou impliquées dans la production d'énergie (ATPase). La membrane a ainsi un rôle métabolique majeur : on y trouve la plupart des activités associées aux mitochondries dans la cellule supérieure. Les flagelles bactériens y sont fixés, c'est là que se génère leur mouvement tournant. Est est détruite par des antibiotiques (polypeptides, antiseptiques).
LES CONSTITUANTS DU CYTOPLASME
À côté de diverses structures de stockage (mais jamais organisées), appareil nucléaire et ribosomes sont présents dans le cytoplasme bactérien.
. Appareil nucléaire (chromosome) et plasmides (cf génétique bactérienne I)
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. Ribosomes
Constitués d'ARN et de protéines, les ribosomes bactériens comportent deux sous-unités (30 S, 50 S). Fonctionnellement, il y a deux sites essentiels pour la synthèse des protéines : le site aminoacyl qui accueille l'acyl-tARN et le site peptidyl qui accueille la chaîne d'aminoacides en cours de constitution.
Ils sont particulièrement présents à proximité de la membrane cytoplasmique, site de synthèse de la paroi et des protéines exportées. Ils n'ont pas la structure des ribosomes de cellules supérieures expliquant la spécificité propre au monde bactérien. Des antibiotiques perturbent la synthèse des protéines à leur niveau (Tétracyclines)
LA SPORE BACTÉRIENNE
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Certaines bactéries, entre autres d'intérêt médical (genre Clostridium et Bacillus), ont la propriété de se différencier en formes de survie appelées spores. Elles se présentent sous une forme végétative métaboliquement active et potentiellement pathogène ou métaboliquement inactive et non pathogène (forme sporulée).
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La transformation de la forme végétative en spore est la sporulation :
. Temps : 6 à 8 heures à 37°C pour Bacillus subtilis.
. Conditions : déclenchée par des modifications de l'environnement tel épuisement en matières nutritives.
. Etapes : déshydratation progressive du cytoplasme, par l'apparition de composés (dipicolinate de calcium), une densification des structures nucléaires et enfin la synthèse d'une paroi sporale épaisse et imperméable, donc hautement résistante (chaleur).
La spore intra-bactérienne est libérée dans le milieu extérieur et y survit des années.
Dans des conditions favorables (nutritives, thermiques et chimiques), elle redonne une cellule végétative (germination).
Intérêt médical avec conserves familiales (Botulisme)(Clostridium botulinum)
Intérêt médical avec des plaies souillées par de la terre (Tétanos)(Clostridium tetani)
Chez l'animal : mange des chardons.........(Charbon)(Bacillus anthracis)
Ce cours a été préparé par le Professeur A. PHILIPPON (Faculté de Médecine COCHIN-PORT-ROYAL, Université PARIS V)
Pour en savoir plus : Voir polycopié
http://www.asmusa.org/mbrsrc/archive/SIGNIFICANT.htm#1956
Validation de vos connaissances
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