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MICROBIOLOGIE GENERALE

(Cours Théorique)Deuxième Année Techniques de Contrôle de

Qualité des Aliments(2011-12)

Prof. A. TANTAOUI ELARAKI

SUP’AGRO

Microbiologie générale� Objectifs:

- S’initier au monde microbien;- Connaître la structure des microbes (virus,

bactéries, levures, moisissures);

- Connaître les modes de reproduction des différents types de microbes;

- Acquérir des notions sur la classification des différents types de microbes.

� Pré - requis pour la Microbiologie G énérale (les plus importants)

- Biologie cellulaire et générale- Biochimie structurale et métabolique

- Notions de chimie (générale, minérale, organique, etc.)

Microbiologie générale

� A quoi va servir la Microbiologie G énérale ? Surtout à:- Physiologie et Ecologie Microbiennes (2ème TCQ)

- Propriétés Hygiéniques des Aliments (2ème TCQ)- Microbiologie Industrielle (3ème TA)

- Biotechnologie (4ème TA)- Autres cours de technologie (laitière, conserves,

etc.) (4ème TA)

� Organisation:

- Volume horaire CT: 36 h

- Volume horaire TP: 18 h - Polycopié, Diaporama sur Data Show

- Prise de notes- Participation et questions des étudiants: très

importantes

- Contrôle des connaissances

o Contrôles continus:• oraux ou écrits

• surveillés ou non• exposés, etc.

o Examen final:• QCM et petites questions (sans documents);

• Question de synthèse? (documents autorisés)

Plan général

� Chapitre I- Le monde microbien� Chapitre II- Les bactéries� Chapitre III- Les microorganismes

fongiques (levures et moisissures)� Chapitre IV- Les virus� Chapitre V- Eléments de génétique

bactérienne

Chapitre I- Le monde microbien

� 1.1- Définitions� 1.2- Historique� 1.3- Le règne des Protistes� 1.4- Taxonomie microbienne� 1.5- Importance pratique des microbes

1.1- Définitions

� Microbiologie: science des « microbes »� Microbe: être vivant microscopique (taille en µm

ou sous-unités du µm)� Unité de structure fondamentale: la cellule

(exception: les virus)

L’usage restreint la Microbiologie à:- la Virologie- la Bactériologie- l’étude des champignons microscopiques (partie de la mycologie)

Microbes

Virus Bactéries LevuresAlgues

unicellulaires Protozoaires

Microorganismes fongiques

Microorganismes

Différentes catégories de microbes

Moisis-sures

Domaine d’intérêt de la microbiologie classique

1.2- Historique

� Van Leeuwenhoek (1632-1723): « animalcules »dans infusions (herbes dans l’eau)

� Microscope à double système de lentilles� XIXè siècle: grands progrès:- Pasteur (1822-1895)- Chamberland & Roux (école pastorienne)- Lister (Ecosse)- Koch (Allemagne)- etc.

Travaux de Pasteur

o Bactériologie médicale: relation agent infectieux/maladie (rôle des conditions de l’environnement);

o Vaccins: mise au point et application (rage, charbon, etc.);

o Rôle des microorganismes dans les fermentations (levures et fermentation alcoolique);

o Action destructrice de la chaleur sur les microbes (Pasteurisation): action entrevue par Spallanzani (1729-1799);

o Destruction du mythe de la génération spontanée

� XXè siècle: interactions avec d’autres disciplines:- qui ont favorisé la microbiologie: microscopie

électronique, marquage radioactif des éléments, techniques d’analyses biochimiques, etc.

- qui ont bénéficié de la microbiologie: génétique, biologie moléculaire, etc.

Historique (suite)

- Découverte de la structure de l’ADN (Watson et Crick,1953);- Mécanisme de synthèse des protéines et régulation génétique (Jacob & Monod, 1965);- Fusion de protoplastes;- Recombinaison génétique in vitro (génie génétique).

Exemples

1.3- Le règne des Protistes

1.3.1- Notion de Protiste; notion de microorganisme

1.3.2- Classification des Protistes- Selon le modèle de Langeron (1945)- Les différentes catégories de microbes

1.3.3- Les Protistes supérieurs

1.3.4- Les Protistes inférieurs

1.3.5- Les Virales

1.3.1- Notion de Protiste, notion de microorganisme

� Notion de Protiste- Les « animalcules »: animaux ou végétaux?Réponse:

- Algues unicellulaires: végétaux- Protozoaires: animaux

- Et les bactéries???

Haekel (1866) créa un 3ème règne: le règne des Protistes

� Notion de microorganisme:Un protiste se caractérise par:

- Une organisation biologique rudimentaire- Le manque de différenciation tissulaire: chaque

cellule remplit à elle seule toutes les fonctions de la vie: respiration, nutrition, reproduction, etc.

Notion de Protiste, notion de microorganisme (suite)

Chaque cellule est un organisme microscopique:

MICROORGANISME

Attention!

- Protiste ≠ Microorganisme (ex.: champignons macroscopiques)

- Microorganisme ≠ Microbe (ex.: virus)

1.3.2- Classification des Protistes

� Protistes supérieurs: cellules eucaryotes

- Protozoaires- Algues unicellulaires

- Champignons (Fungi)

� Protistes inférieurs: cellules procaryotes- Algues bleu vert

- Bactéries

Procaryote Eucaryote

Membrane nucléaire

Chromosomes

Reproduction asexuéeReproduction sexuée

Surtout scissiparitéPas de méïose

MitoseMéïose

ParoiPrésenceConstitution

Obligatoire *Mucocomplexe

Facultative**Cellulose (V); Chitine (A)

Réticulum endoplasmique

Organite de respirationAppareil de Golgi

Organite de photosynthèse

Courants cytoplasmiques

Membrane plasmique-

Chromatophores

Mitochondries +

Chloroplastes

+ ou -

Organites de locomotion

Cils de structure simple (Eubactéries) ou

filament axial (Spirochètes)

Cils de structure complexe

* Sauf Mollicutes et formes L des Eubactéries ** absente chez les animaux

Comparaison cellule procaryote

cellule eucaryote

Monde vivant

ProtistesMétaphytes Métazoaires

(Champignons) Protozoaires

Protophytes

Bactéries

Algues bleu vert

Autres

algues unicellulaires

Protistes Inférieurs Protistes Supérieurs

Classification du Monde Vivant(d’après Langeron, 1945)

Eubactéri-ales

MycobacteriaMicroorganismes

fongiques

Algobacteria Algues bleu vert

Autres Algues unicel.

MollicutesRickettsiales

Protozoobacteria

Protozoaires

Différentes catégoriesde microbes

SchizomycètesProtistes inférieurs

Ensemble des ProtistesEnsemble des microbes

étaphytes

Métazoaires

1.3.3- Les Protistes Sup érieurs

� Les Protozoaires: animaux unicellulaires

� Les Algues unicellulaires (autres que les algues bleu vert): végétaux unicellulaires

� Les champignons (organismes fongiques, mycètes ou fungi)

L’étude des microorganismes fongiques (levures et moisissures)

fait partie de laMicrobiologie

Champignons(Fungi , Mycètes)

Champignons macroscopiques

Champignons microscopiques (micromycètes;

microorganismes fongiques)

Moisissures Levures(Unicellulaires)(Filamenteuses)

(du latin Fungus)

(du grec Mykes)

1.3.4- Les Protistes Inférieurs

� Selon le « Bergey’s Manual of DeterminativeBacteriology »:

- Algues bleu vert (Schizophyceae)

- Bactéries (Schizomycètes)- Microtatobiotes (Rickettsiales et Virales)

Critique: Virus classés parmi les protistes !!!

Voir différentes catégories de protistes inférieurs (schéma « différentes catégories de microbes »,

diapo N°21)

1.3.5- Les Virales

� Pas de structure cellulaire� Unité « biologique »: virion ou particule virale� Taille infra-microscopique, se mesure en Å

(1Å = 10-10m = 10-4µm)� 1 seule forme d’acide nucléique (ADN ou ARN)� Parasite intracellulaire obligatoire (ni

métabolisme, ni croissance, seulement reproduction à partir du matériel génétique)

� cristallisent à l’état pur comme des substances inertes

PLACE DANS LE MONDE VIVANT

Monde vivant: 5 règnes:

Animalia Plantae Protista Fungi Monera

Microorganismes

Structures cellulaires

Eucaryotes

deux groupes de microorganismes

Procaryotes

Moisissures***Levures***

Protistes

Algues**Protozoaires**

Monera

CyanobactériesBactéries***RicketsiesArchaebactéries

MycoplasmesChlamidiae(Virus)

*** importants pour l'alimentation** moins importants

Nouvelle classification avec 5 règnes

Attention!

1.4- Taxonomie microbienne

� 1.4.1- Principes de classification

- Classification phylogénétique ou naturelle- Taxonomie numérique (adaansonnienne)

� 1.4.2- Notion d’espèce en microbiologie� 1.4.3- Appellation du microbe

- Appellation du genre- Appellation de l’espèce

1.4.1- Classification phylogénétique ou naturelle

� Fondée sur « l’art de grouper les organismes vivants de la façon qui exprime le mieux leur degré de parenté au cours de l’évolution » (Linné)

� 12 principes de Linné (comme pour les plantes)

� L’espèce est le groupe de base auquel appartient l’individu

� Premier principe: « Tout individu appartient à une espèce, toute espèce à un genre, etc. »

� 19 niveaux taxonomiques définis

Niveaux taxonomiques Niveaux taxonomiques

1- Individu (Individuum)

2- Sous-espèce (Subspecies), Variété (Varietas)

3- Espèce (Species)4- Sous-série (Subseries)

5- Série (Series)

6- Sous-section (Subsectio)7- Section (Sectio)

8- Sous-genre (Subgenus)

9- Genre (Genus)

10- Sous-tribu (Subtribus)

11- Tribu (Tribus)12- Sous-famille (Subfamilia)

13- Famillle (Familia)

14- Sous-ordre (Subordo)15- Ordre (Ordo)

16- Sous-classe (Subclassis)

17- Classe (Classis)18- Subdivision (Subdivisio)

19- Division (Divisio)

Exemple: la bactérie Escherichia coliespèce: coli; genre: Escherichia; tribu: Escherichiae; famille: Enterobacteriaceae; Ordre: Eubacteriales; Classe: Schizomycetes; Division: Protophyta

1.4.2- Classification num érique ou adaansonnienne

� On accorde la même importance à tous les caractères et on constitue les groupes selon le degré de similitude

� Coefficient de similitudes calculé selon formule:

S = ns

ns + nd

S: coefficient de similitude

ns: nombre de similitudes

nd: nombre de différences

1.4.3- Notion d’espèce en microbiologie

� En botanique et zoologie, espèce basée sur interfécondité des individus

� Non applicable en microbiologie (stt bactéries):- Sexualité inconnue chez beaucoup d’espèces- Chez bactéries, la conjugaison ne donne pas un vrai zygote (œuf)

� En microbiologie, espèce: unité valable de classification regroupant des individus ayant un certain nombre de caractères communs

� On considère une population microbienne en culture comme un ensemble d’individus identiques

Donc, qu’est-ce qu’une espèce microbienne?

C’est un ensemble d’individus ayant en commun:

- des caractères morphologiques (taille, forme, ...)- des caractères culturaux: conditions et vitesse de

croissance, forme et taille des colonies en milieu solide, ...)

- des caractères biochimiques: activités enzymatiques, aptitude à fermenter des sucres, …

- des critères chimiques (coloration de Gram, GC%, etc.)

Autres notions complémentaires

Biotype (Lwoff)

Groupe d’individus possédant essentiellement le même patrimoine héréditaire et ayant nécessairement en

commun un grand nombre de leurs caractères

Clone Population issue d’une seule cellule mère par division asexuée (en milieu solide, on parle de colonie)

Souche Ensemble des individus (population) descendant d’un isolement unique en culture pure

Sérotype Ensemble des individus d’une espèce ayant des propriétés sérologiques communes

Lysotype Ensemble des individus d’une espèce pouvant être lysés par les mêmes virus bactériophages

Antibiotype Ensemble des individus d’une espèce présentant la même sensibilité aux antibiotiques

1.4.4- Appellation du microbe

� Appellation courante (bacille de Koch, levure boulangère, virus du SIDA, etc.): risque de confusion

� Nom latin (nom scientifique) avec- Nom du genre- Nom de l’espèce

Appellation courante Nom de genre Nom d’espèce

Bacille de Koch Mycobacterium tuberculosis

Moisissure du camembert

Penicillium camemberti

Bactérie acétique Acetobacter aceti

Levure boulangère Saccharomyces cerevisiae

Attention! Exception pour les virus(voir Chapitre IV)

Référence à Nom du genre Nom de l’espèce

Morphologie TraitBâtonnetFuseau Pinceau

Bacillus (B)Bacterium (B)Fusarium (M)Penicillium (M)

Physiologie Soufre Citrate Glycocolle

Thiobacter (B)Citrobacter (B)-

Micrococcus citrovorus (B)Diplococcus glycinophilus (B)

Pigmentation Jaune RougeNoirOcre

Flavobacterium (B)Rhodotorula (L)--

Aspergillus flavus (M)-Aspergillus niger (M)Aspergillus ochraceus (M)

Caractère pathogène Tuberculose CholéraDysenterie

Mycobacterium tuberculosis (B)Vibrio cholerae (B)Shigella dysenteriae (B)

Espèce hôte Porcins BovinsAgrumes

Brucella suis (B)Streptococcus bovis (B)Alternaria citri (M)

Chercheur Bruce(savant) Escherich

Salmon

Brucella (B)Escherichia (B)Salmonella (B)

B: bactérie; L: levure; M: moisissure

Exemples d’appellations de microorganismes

1.5- Importance pratique des microbes

� Rôle écologique

� Flore commensale de l’Homme et des animaux� Importance économique� Aspects sanitaires

� Microorganismes: matériel exceptionnel de laboratoire

1.5.1- Rôle écologique

� Dans le sol (plusieurs milliards/gramme de terre cultivée), dégradation des matières organiques et retour à l’état minéral;

� Certaines espèces fixent l’azote atmosphérique;� Dans les milieux aquatiques, épuration biologique;� Espèces capables de décomposer les hydrocarbures;� Microorganismes, maillons essentiels dans les cycles

biogéochimiques des éléments (C, N, S, etc.)

bb d e

Anaérobie Aérobie

Cycle biogéochimique de

l’Azote (rôle des

microorganismes)

R-NH2: groupes aminés des protéines

a: dénitrification

b: ammonification du nitrite

c: réduction dissimilatoire du nitrate

d: ammonification

e: assimilation de l’ammonium

f: réduction assimilatoire du nitrate

g: oxydation de l’ammonium

h: oxydation du nitrite

i: fixation de l’Azote

1.5.2- Flore commensale de l’Homme et des animaux

Flore de la peau, des muqueuses et du tube digestif, non indispensable (animaux axéniques) mais rôle important:

- Nutritionnel: vitamines, digestion cellulose (ruminants)

- Sanitaire: produisent bactériocines; suscitent sécrétion d’anticorps

Chez l’Homme

1012 bactéries colonisent la peau ; 1010 bactéries colonisent la bouche;1014 bactéries habitent dans l'intestin ;

Il y a 10 fois plus de cellules bactériennes que de cellules

humaines dans le corps humain

1.5.3- Importance économique

� Production d’antibiotiques, d’hormones, etc.;� Préparation de produits alimentaires fermentés:

pain, produits laitiers, boissons alcoolisées, etc.;� Production de produits à usages variés: protéines

alimentaires, acides organiques, acides aminés, vitamines, enzymes, pigments, etc.;

� Traitement des eaux polluées: eaux résiduaires, eaux de mer souillées par le pétrole, etc.;

� Dégâts causés sur plantes et animaux;� Altération des denrées alimentaires;� Altération d’autres produits sensibles: papier, cuir,

1.5.4- Aspects sanitaires

� Maladies infectieuses de l’Homme (surtout virus et bactéries + quelques champignons);

� Accidents sanitaires liés aux aliments: - microbes pathogènes transmis au

consommateur par les aliments

- microorganismes toxinogènes libérant leurs toxines dans les aliments

1.5.5- Microorganismes, matériel exceptionnel de laboratoire

� Réactifs biologiques de dosage (vitamines, acides aminés, antibiotiques, etc.);

� Recherche en biologie moléculaire� Meilleure compréhension du

fonctionnement des gènes (infection phagique des bactéries, conjugaison bactérienne, etc.)

� Techniques nouvelles de recombinaison génétique (fusion cellulaire induite, génie génétique)

Escherichia coli:

La cellule la mieuxcomprise à l’échelle moléculaire:

- 500 fois plus petite qu’une cellule animale

-75% d’eau en poids

- contient 3000 à 6000molécules différentes

Chapitre II- Les Bactéries

� 2.1- Morphologie bactérienne

� 2.2- Structure globale de la cellule bactérienne

� 2.3- Paroi bactérienne� 2.4- Membrane cytoplasmique et cytoplasme

� 2.5- Matériel génétique des bactéries� 2.6- Spore (endospore) bactérienne

� 2.7- Autres organites facultatifs� 2.8- Reproduction des bactéries

2.1- Morphologie bactérienne

� 2.1.1- La taille des bactéries

� 2.1.2- La forme unitaire

� 2.1.3- Types d’assemblages des bactérie

� 2.1.4- Présence d’organites facultatifs

2.1.1- La taille des bactéries

� De l’ordre du µm (micromètre ou micron): un peu moins de 1 à 10 µm en général, mais:

� Petites bactéries: ~ 0,3 µm (Rickettsiales et Mollicutes)

� Grosses bactéries: ~ 25 à 30 µm (Spirochaetales)

Exceptions:

- Thiomargarita namibiensis: 500 à 750 µm de diamètre

- Ultramicrobactéries: < 0,2 µm

2.1.2- La forme unitaire

Forme Appellation Exemples

Sphérique * Coque (coccus) Streptococcus, Staphylococcus

Allongée * Bâtonnet, bacille (bacillus, bacterium)

Bacillus, Lactobacillus, Brevibacterium, Corynebacterium

Ovoïde Coccobacille Escherichia coli

Fuseau Fusiforme Fusiformis

Virgule ou banane Vibrion Vibrio parahaemolyticus; V. cholerae

Ondulée Spirille, tréponème, etc.

Treponema pallidum

Pédonculée - Caulobacter

* Formes les plus répandues

2.1.3- Types d’assemblages

Associa-tions

Isolées Par paires En chaînes

En Gerbe En Grappes

Bâtonnets - Diplobacille Bacillusanthracis

Mycobacte-rium

tuberculosis

Cocci Micrococcus Diplococcus Streptococ-cus

- Staphylococ-cus

Principaux types d’assemblages chez les bactéries

Principales formes

bactériennes

2.1.4- Présence d’organites facultatifs

Flagelles Système polaire- Monotriche

- Amphitriche- Lophotriche

Système péritriche

Spore (endospore)Déformante ounon déformante

Terminale,Subterminale ouCentrale

Capsule Elle peut envelopper:- une seule cellule (Bacillus anthracis)

- deux corps bactériens assemblés (Diplocoque)

- plusieurs cellules bactériennes (Leuconostoc)

Systèmes ciliaires chez les bactéries

Bacillus anthracis

Bacillus cereus

Spore non déformante

Clostridium botulinum

Clostridium tetani

Spore déformante

Centrale

Terminale

Subter minale

Centrale

2.2- Structure globale de la cellule bactérienne

� Cellule bactérienne procaryote:

- pas de vrai noyau; - pas de membrane nucléaire.

� La cellule comprend: - des organites obligatoires, présents chez toutes

les espèces (sauf exception)

- des organites facultatifs, présents seulement chez certaines espèces et dans certaines conditions

Organites obligatoires

� Paroi: enveloppe rigide et épaisse� Membrane cytoplasmique: souple et plus mince

� Cytoplasme avec:- Inclusions vivantes obligatoires (ribosomes) ou facultatifs

(chromatophores)- Inclusions inertes (volutine, soufre, etc.)

� Noyau rudimentaire (chromosome unique), parfois accompagné de filaments d’ADN plus petits (plasmides)

Organites facultatifs

� Spore (endospore) bactérienne;

� Structures cordées: flagelles, fimbriae ou pili

� Capsule ou substances capsulaires

2.3- La paroi bactérienne

� Introduction� 2.3.1- Composition chimique de la paroi

� 2.3.2- Structure de la paroi� 2.3.3- Propriétés antigéniques de la paroi

� 2.3.4- Fonctions de la paroi� Conclusion

Introduction

� La paroi existe chez toutes les cellules procaryotes (sauf Mollicutes et formes L des Eubactéries)

� Rigide, mais élastique

� Délimite le corps bactérien� Représente 20 à 30% du poids sec de la cellule

� Facile à séparer (et à étudier)

2.3.1- Composition chimique de la paroi

� Diffère selon que bactérie est à Gram positif ou négatif

� Coloration de Gram (voir TP):

- Bactérie à Gram positif: garde le colorant de Gram (violet) après action de l’agent décolorant

- Bactérie à Gram négatif: perd le colorant de Gram

Types de constituants

Bactéries à Gram positif Bactéries à Gram négatif

Acides aminés majeurs

Glu (L & D), Ala (L & D), Gly, L-Lys ou DAP (ac.

diaminopimélique)

Idem, mais DAP rarement trouvé (mutants d’E. coli)

Osamines NAG (N-Acétyl-Glucosamine) & NAM (Acide

N-Acétyl-Muramique)

Les mêmes, mais en plus faible proportion

Oses Glucose, galactose, mannose, fucose,

rhamnose, etc.

Les mêmes +

colitose & obéquose(spécifiques)

Lipides 0,2% du poids sec 10 à 20 % du poids sec

Acides teichoïques Présents Absents

Constituants chimiques de la paroi des bactéries à G ram positif et des bactéries à Gram négatif

Acide N-Acétyl-Muramique

N-Acétyl-Glucosamine

Acide diaminopimélique

Composition chimique de la paroi (suite)

� Remarques:- Les formes D des acides aminés (D-Glu, D-Ala)

exceptionnelles dans le monde vivant;- Le DAP remplace la L-Lys chez certaines

espèces;- Les lipides sont associés aux polysaccharides

(lipopolysaccharides) ou aux protéines (lipoprotéines);

- Acides teichoïques: polymères de polyalccols(glycérol ou ribitol) phosphatés et associés à la NAG.

2.3.2- Structure de la paroi

� Mucocomplexe (muréine, mucopeptide ou peptidoglycane): constituant fondamental de la paroi de toutes les bactéries

� Structure possible grâce aux formes D des AA� Chez Gram positifs, acides teichoïques, fragiles,

donc, mucocomplexe pratiquement nu et facilement accessible

� Chez Gram négatifs, 2 couches qui protègent le mucocomplexe (lipopolysaccharides et lipoprotéines) formant une «membrane externe»

NAM NAM NAM

NAGNAG NAG

NAG NAG

L-Ala L-Ala

D-Glu D-Glu

L-LysL-Lys

D-Ala D-Ala(Gly)5

Structure du mucocomplexe

NAM: Acide N-Acétyl-Muramique

NAG: N-Acétyl-Glucosamine

L-Ala: L-Alanine

D-Glu: Acide D-Glutamique

L-Lys: L-Lysine

Gly: Glycocolle

β NA-ase: β N-Acétyl-Glucosminidase

β NA-ase

Lysozyme

Enzymes lytiques {

Bactéries à Gram négatifParoi de peptidoglycane mince

« membrane externe » à base de lipides

Bactérie à Gram positifParoi de peptidoglycane épaisse

pas de « membrane externe »

Bactéries à Gram positif

Bactéries à Gram négatif

Structure de la paroi bactérienne

2.3.3- Propriétés antigéniques de la paroi

� GénéralitésSubstance immunog ène (antig ène): substance

de Poids Moléculaire élevé qui, administrée à un animal vivant par une voie appropriée, provoque une réaction immunitaire pouvant se traduire par la formation, dans son sérum, d’une autre substance de nature protéique capable de réagir spécifiquement avec la première, qui est l’anticorps sp écifique de l’antigène en question

Paroi: principal siège antigénique de la bactérie (constitution et position)

Antigènes des bactéries à Gram positif

Nature chimique Exemples ou observations

Acides teichoïques Certains cocci

Carbohydrates (PM faible) Haptènes (Antigènes C) chez Streptocoques

Polysaccharides Bacillus anthracis, Corynebacterium

Protéines Streptocoques du groupe A de Lancefield

Mucocomplexe Adjuvant de l’immunité

Antigènes des bactéries à Gram négatif

� 3 types d’antigènes possibles- Antigène pariétal ou somatique O (Ohne Hauch)- Antigène flagellaire H (Hauch)

- Antigène capsulaire� Antigène O: complexe lipopolysaccharidique

CORPSBASAL

LIPIDE

Chaînes d’unités oligosidiques

Schéma de l’antigène liposaccharidique pariétal (Antigène O) des bactéries à Gram négatif

Corps basal: longue chaîne d’heptose-phosphate

Chaînes oligosidiques: enchaînement de colitose et abéquose

2.3.4- Fonctions de la paroi

� Action du lysozyme: destruction du mucocomplexe par rupture liaison β1-4 entre NAM et NAG; en milieu isotonique; plus difficile pour les Gram négatifs

Gram positif Gram négatif

Attaque lysozyme Facile Difficile: pH~9, versène

Résultat Protoplaste Sphéroplaste

Structure Cellule sans paroi Fragments de paroi

Coloration de Gram Gram négatif Gram négatif

Propriétés antigén. Perdues Conservées

Sites fixation phages Perdus Conservés

Flagelles Perdus ou inertes Présents et actifs

Possibilité de division Non Oui

Possib. de réversion Non Oui

Conclusion

� La paroi:- Détermine la forme de la bactérie- Protège la bactérie de l’éclatement- Interdit la pénétration de certaines substances- Détermine la propriété Gram positif ou négatif- Détermine d’importantes propriétés antigéniques- Comporte les sites spécifiques de pénétration

des virus bactériophages- Joue un rôle essentiel dans la division cellulaire- Joue un rôle essentiel dans la locomotion

2.4- La membrane cytoplasmique et le cytoplasme

2.4.1- Généralités

2.4.2- Composition et structure de la membrane2.4.3- La membrane: barrière entre l’intérieur et

l’extérieur de la cellule2.4.4- Autres fonctions de la membrane2.4.5- Le cytoplasme bactérien

� Membrane cytoplasmique = membrane cellulaire = membrane plasmatique = membrane plasmique

� Mise en évidence de la membrane par:- Plasmolyse (apparaît plus réfringente)- Microscopie électronique (coupes ultrafines)

- Lyse de protoplastes en milieu hypotonique (centrifugation différentielle, isolement et étude de la membrane)

2.4.2- Composition et structure de la membrane

Constituants:- Phopholipides: ~ 40%

- Protéines: ~ 60%- Glucides: traces

- Enzymes: perméases, enzymes respiratoires et du cycle de Krebs

- Minéraux: Ca, Mg, etc.

Structure de la membrane

- Double couche de phospholipides;

- Protéines fixées sur la surface ou dans la partie centrale selon leur hydrophilie;

- Liaisons hydrogène et cations (Ca++ et Mg++) participent à la stabilité;

- Mésosomes: invaginations de la membrane, tapissées de ribosomes (surtout près du ‘’noyau’’ et du septum de division)

Phosphate

Glycérol

Acide gras

Double couche phospholipidique de la membrane

2.4.3- La membrane: barrière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule

� La membrane: barrière semi-perméable

- Perméabilité sélective: entrée de substances (nutritives) et sortie (déchets) nécessaires à la vie de la cellule

- Ces passages ne se font pas toujours par simple diffusion; intervention d’un système de transport: rôle des protéines de transport

- Si la membrane n’était qu’une double couche de phospholipides, la diffusion de beaucoup de substances serait très lente

Substance Vitesse de perméabilité

EauGlycérol

Tryptophane Glucose

Ion chlorure Cl-Ion Potassium K+Ion sodium Na+

1000,1

0,0010,001

0,0000010,0000001

0,00000001

Concentration externe

Vitesse d’entrée Transport

Diffusion passive

Vitesse relative de diffusion à travers une double couche lipidique

artificielle (vitesse de diffusion de l’eau fixée arbitrairement à 100)

Vitesse relative d’absorption en fonction de la concentration externe dans le cas de la diffusion passive et

du transport actif

Transport à travers la membrane

1 2 3Différents types de protéines de transport:

1: Uniporteur: transport d’une substance dans un sens donné

2- Symporteur: transport d’une substance + une autre nécessaire à son passage (dans le même sens)

3- Antiporteur: transport de 2 substances en sens opposés.

Changement de conformation de la protéine de transport

extérieur

intérieur

extérieur

intérieur

Diffusion facilitée par changement de conformation de la protéine de transport; aucune dépense d’énergie.

Ce mécanisme ne permet pas d’obtenir des concentrations significativement plus élevées à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur

Modes d’action des protéines de transport

Modes d’action des protéines de transport (suite)

HPr- HPr

Glucose

Glucose-6-Phosphate

Phosphoénol-pyruvate Pyruvate

Translocation de groupe (Ex.: Système

phosphotransférased’Escherichia coli)

extérieur

intérieur

Translocation de groupe: la substance transportée subit une transformation chimique au cours de son passage àtravers la membrane

Exemple: système phosphotransférasepour le transport des sucres, composéde 4 protéines au moins, dont la HPr, qui agit comme un transporteur de phosphate riche en énergie

Réactions en jeu:

PEP + HPr HPr-P + Pyruvate

HPr-P + sucre Sucre-P + HPr

PEP: Phosphoénolpyruvate

La substance transportée se combine avec un transporteur membranaire qui va la libérer chimiquement inchangée à l’intérieur de la cellule

Substances concernées: sucres, acides aminés, acides organiques, ions inorganiques (phosphate, sulfate, potassium)

Ce transport est possible grâce à l’énergie libérée par la séparation de protons à travers la membrane (force motrice des protons)

Le potentiel électrochimique résultant entraine l’entrée des substances par transport actif

Le transport des anions (sulfate, phosphate) se fait par des symporteursspécifiques, le proton H+ étant co-transporté

Le passage des cations (K+) se fait par des uniporteurs, comme conséquence de la différence de charge électrique entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule

Transport actif

H+ K+ H+

UniporteurSymporteur

(sulfate)Symporteur(phosphate)

H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+H+H+ H+H+H+H+

OH- OH- OH-OH- OH- OH- OH- OH- OH- OH- OH-

Transport actif: exemple de la séparation des proto ns H+ des ions hydroxyl OH - à travers la membrane pour le transport des ions

inorganiques par l’intermédiaire de protéines spéci fiques de transport

Membrane cytoplasmique

2.4.4- Autres fonctions de la membrane

� RespirationMembrane: organite de respiration de la bactérie

(concentration des enzymes respiratoires, surface augmentée par mésosomes)

� Division cellulaireMésosomes qui adhèrent ou s’encastrent dans le

noyau; sont à l’origine de la formation du septum de division

� Synthèse des protéinesRibosomes adhérant à la membrane, surtout au

niveau des mésosomes

Participation des mésosomes dans la division cellulaire chez les bactéries

2.4.5- Le cytoplasme

� Cytoplasme = hyaloplasme: contenu de la cellule (totalité du l’intérieur de la cellule)

� 70 à 80% d’eau

� Milieu plus ou moins homogène et légèrement visqueux (cytosol)

� Dans le cytosol:- Substances dissoutes ou à l’état colloïdal

(sucres, acides aminés, minéraux, protéines)

- Structures ou organites (ribosomes, chromosome, chromatophores, etc.)

2.5- Le matériel g énétique des bactéries

� 2.5.1- Le noyau bactérien- Mise en évidence

- Structure du corps chromatinien- Réplication du chromosome bactérien� 2.5.2- Les plasmides

- Définition- Nature chimique et structure

- Propriétés

2.5.1- Le noyau bactérien

Mise en évidence

� Colorations spécifiques

- Destruction partielle de l’ADN (HCl dilué) et mise en évidence des aldéhydes obtenus par coloration à la fuchsine sulfitique

- Destruction de l’ARN cytoplasmique (HCl N à60°C pdt 10 min ou ribonucléase) et coloration de l’ADN avec colorant basique

Mise en évidence biologique

� Expérience de Griffith (1928)Diplococcus pneumoniae

(Streptococcus pneumoniae) existe sous 2 formes:

- S capsulée et pathogène (tue la souris)

- R non capsulée et non pathogèneMélange cellules S tuées et R

vivantes tue les souris (dans leur sang, présence de S vivantes)

� Expérience d’Avery (1941)Obtention in vitro de S vivantes après mélange de

S tuées et R vivantes

Isolement et identification du « principe actif » de cette transformation: l’ADN des cellules S tuées, encore intact, pénètre dans les cellules R, d’oùsynthèse de capsule et pathogénicité

Mise en évidence biologique (suite)

l’ADN:support de l’information génétique et

vecteur des caractères héréditaires

Structure du corps chromatinien

� ADN: chaînes de nucléotides

� Chaque nucléotide: désoxyribose estérifié par un phosphate et lié à une base purique (Adénine ou Guanine) ou pyrimidique (Thymine ou Cytosine)

Schéma des chaînes de nucléotides constituant l’ADN

Structure de la double chaîne d’Acide

Désoxyribonucléique (ADN)

Structure du corps chromatinien (suite)

� Watson et Crick (1952): ADN= double hélice enroulée à la manière d’une échelle de cordes autour d’un axe imaginaire

- Montants de l’échelle: chaîne de molécules de désoxyribose reliées entre elles par le phosphate

- Barreaux de l’échelle: bases appariées à l’aide de liaisons Hydrogène

- Parallélisme rigoureux des deux chaînes assurépar la règle d’appariement des bases: A-T et C-G

Structure en double hélice de l’ADN bactérien

� L’ordre séquentiel des 4 bases dans l’ADN constitue l’information génétique (message codé)

� Coefficient de Chargaff: A+T/G+C- Chez Eucaryotes: A+T/G+C>1 et varie peu

(A+T=62±10%)

- Chez bactéries: A+T/G+C très variable (généralement A+T=26 à 78%)

• Entérobactéries: A+T/G+C ~ 1

• Clostridium: A+T/G+C>>1 (prédominance A & T)• Actinomycètes: A+T/G+C plus faible

Structure supramoléculaire

ADN bactérien déroulé vu au microscope électronique

� Chromosomebactérien: unique, circulaire, sans début ni fin

De rares exemples de bactéries, comme Rhodobactersphaeroides possèdent deux chromosomes.

Les bactéries du genre Borrelia ont la particularitéd'avoir un génome linéaire et segmenté, ce qui est exceptionnel chez les procaryotes

Remarques:

Réplication du chromosome bactérien

L’ADN se réplique selon le mode semi conservateur prévu par Watson et Crick et démontré par les expériences de Meselsonet Stahl

Mode semi conservateur

de réplication de l’ADN

2.5.2- Les plasmides

� Plasmide (= épisome = facteur): forme d’ADN extra-chromosomique participant à l’acquisition de caractères génétiques

� Cercle d’ADN, plus petit que le chromosome� Très souvent indépendant, mais parfois

incorporé (déroulé) au chromosome

� Plasmides libres se répliquent souvent plus vite que le chromosome

� Plasmides intégrés se répliquent synchroniquement avec chromosome

Les plasmides (suite)

� Un plasmide = un caractère génétique unique; exemples:

� Peuvent être transférés d’une cellule à une autre: la cellule réceptrice acquiert le caractère génétique correspondant

Facteur Cf Colicinogenic factor

Sécrétion de colicine (bactériocine) chez

Escherichia coli

Facteur F + Fertility factor

Facteur sexuel chez les cellules mâles

Facteur RTf Resistance Transfer factor

Polyrésistance aux antibiotiques (chez les

bactéries à Gram négatif

(E. coli, Shigella, Salmonella)

2.6- La spore bactérienne

2.6.2- Observation de la spore

2.6.3- Composition et structure

2.6.4- Rôle de la spore

� Se forme chez certaines espèces, à l’intérieur du corps bactérien (endospore) dans des conditions défavorables du milieu

� « Microcellule cuirassée », résultant d’un processus de différentiation interne: processus de sporulation

� Replacée dans des conditions favorables, elle redonne naissance à une cellule normale (cellule végétative): processus de germination

Cycle végétatif et cycle sporulation / germination

chez les bactéries

Genres sporulés***

BacillusClostridium

VibrioSpirillum

BetabacteriumSporolactobacillusDesulfatomaculum

ThermoactinomycesSporosarcina

2.6.2- Observation de la spore

� A l’état frais (bactéries vivantes): espace clair de forme sphérique ou ovalaire

� Coloration difficile (emploi d’agents tensioactifs): colorants phéniqués àchaud

� Observation en contraste de phase ou au microscope électronique après ombrage

2.6.3- Composition et structure de la spore

� Spore: grandes différences par rapport à la cellule végétative d’origine, mais noyau identique

� Composition globale (exemple: Bacillus megaterium)

Constituants Cellule végétative Spore

Teneur en eau (%)

Protéines (% de l’ES)

Sucres (% de l’ES)Lipides (% de l’ES)

Dipicolinate de Ca (% de l’ES)

Cendres (% de l’ES)

Composition et structure de la spore (suite)

� Au niveau du cytoplasme

- Forte déshydratation

- Teneur forte en Azote, faible en Phosphore- Le dipicolinate de Calcium y est rassemblé

- Équipement enzymatique différent de celui de la cellule végétative: enzymes spécifiques de la spore (Alanine-racémase)

� Au niveau de la paroi- Peut occuper jusqu’à 60% du volume de la

- Plusieurs couches superposées

chromosome

cytoplasme

« membrane » sporale

tunique externe

cortex

tunique interne

exosporiumPar

1 « membrane »sporale

Même structure que paroi de la cellule végétative, mais plus de lipides (rôle dans la résistance)

2 Cortex Lamelles stratifiées de polypeptides

3 & 4 Tuniques interne et externe

30 à 60% du poids sec de la spore; contiennent 80% de protéines riches en cystéine (pseudo-kératines) très difficiles à lyser (rôle dans la résistance)

5 ExosporiumCouche très lâche; structure proche de celle de la capsule de certaines bactéries

Les enveloppes sporales: différentes couches de la paroi de la spore

� Paroi sporale: essentiellement protéique� Les différentes couches rendues solidaires par

de nombreux ponts S-S reliant les chaînes peptidiques

� La résistance de la spore est liée à la richesse de la paroi en soufre

� Le dipicolinate de Ca contribue fortement à cette résistance

2.6.4- Rôle de la spore: résistance

� Étendue de la résistanceSpore: cellule à l’état latent

Spore: individu bactérien en puissanceSpore: moyen de préservation du matériel

génétique de l’espèce dans les conditions hostiles

Spore: moyen pour la bactérie d’accéder à une durée de vie supérieure à celle du corps végétatif

La résistance concerne: sécheresse, chaleur, radiations (UV, Rayons X, etc.), agents chimiques (désinfectants), etc.

� Acquisition de la résistance, en plusieurs étapes au cours des stades de la sporulation:

- Éthanol (stade II)- Toluène- Benzène

- Octanol- Chloroforme

- Pyridine- Chaleur (stade VI)

Rôle de la spore: résistance (suite)

� Mécanisme de la résistance- Déshydratation du cytoplasme

- Rôle de barrière joué par les enveloppes sporales- L’eau peut circuler librement à travers ces

enveloppes

- Rôle joué par les ions Ca++ : théorie du cortex expansible (Gould & Dring, 1975)

� Théorie du cortex expansible- Le Ca de la spore est concentré dans le cytoplasme sous

forme de dipicolinate- Le cortex, privé de Ca, gonfle (chaînes de polypeptides

chargées négativement se repoussent)- Les tuniques, rigides, empêchent l’expansion du cortex

vers l’extérieur - L’expansion se fait donc vers l’intérieur, comprimant le

cytoplasme en le déshydratant- Toute entrée de Ca à travers les tuniques ou sortie de Ca

à travers la membrane sporale entraine contraction du cortex, réhydratation cytoplasme et perte de résistance

� Dissémination: facilement véhiculée par l’eau, le vent, les animaux (tout en restant en survie), la spore assure la dissémination de l’espèce

� Véhicule des caractères génétiques: possédant un équipement génétique identique à celui de la cellule végétative d’origine, la spore véhicule tous ses caractères génétiques, qui vont s’exprimer après germination (pathogénicité, toxinogenèse, etc.)

Autres rôles de la spore

Conclusion

� Les bactéries sporulées: problèmes dans l’industrie agroalimentaire (surtout conserves), àcause de la résistance de leurs spores aux traitements thermiques

2.7- Autres organites facultatifs

� 2.7.1- La capsule- Généralités- Mise en évidence- Composition et structure- Formation - Rôles et propriétés

� 2.7.2- Les structures filamenteuses externes- Les flagelles

. Morphologie et structure des flagelles

. Rôle des flagelles- Les pili

. Les pili communs (fimbriae)

. Les pili sexuels

2.7.1- La capsule

� Généralités - Substances capsulaires: substances organiques

visqueuses extracellulaires (autour de la paroi)- Aspect gélatino-muqueuxOn parle de:- Capsule si couche nettement délimitée (0,2 à 10 µm

d’épaisseur)- Couche visqueuse si couche très large et d’épaisseur

irrégulièreRemarque: Chez une même espèce, la présence de la

capsule et son épaisseur dépendent des conditions du milieu

Généralités (suite)

- La capsule entoure

. 1 cellule unique (Bacillus)

. 2 cellules (Diplocoque, Diplobacille)

. Une chaînette de cellules (Leuconostoc)

. Un grand nombre de cellules en désordre (Streptococcus salivarius)

Principales bactéries capsulées ou encapsulées

Groupe ou genre Exemple d’espèce

Bactéries à

Gram positif

PneumocoquesStreptocoquesBacillusClostridium

Diplococcus pneumoniaeStreptococcus salivariusBacillus anthracisClostridium perfringens

Bactéries à

Gram négatif

KlebsiellaAerobacterAcetobacterPasteurella HaemophilusEschericia

Klebsiella pneumoniaeAerobacter aerogenesAcetobacter xylinumPasteurella pestisHaemophilus influenzaeEschercichia coli (cert. souches)

coloration à l’encre de Chine: corps

bactérien coloré en noir, capsule non colorée, fond gris

Mise en évidence

coloration d’Anthony: corps bactérien coloréen violet (violet cristal),

capsule non colorée, fond rose

Réaction de « gonflement »

de Neufeld:

Addition d’un immun-sérum spécifique de la capsule: réaction Antigène-Anticorps

in situ, modification del’indice de réfraction dela capsule, alors facile àobserver en contraste

de phase

Composition et structure de la capsule

Espèce ou groupe Nature du polymère Unité de structure

Streptococcus salivarius

Streptococuus pyogenesLeuconostoc mesenteroides

Clostridium perfringens

Bacillus anthracisAutres Bacillus

Levane

Ac. polyhyaluroniqueDextrane

Polysaccharide

PolypeptidePolypeptide +

polysaccharide

Fructose

Ac. hyaluroniqueGlucose

Mannose et glucose

Ac. D-glutamiqueAc. D-glutamique,

glucose, fructose, ou…

Acetobacter xylinum

Acetobacter capsulatumEscherichia coli

Groupe Aerobacter

Pasteurella pestis

Cellulose

DextrinePolysaccharides

Polysaccharides

Protéine

Glucose

GlucoseGalactose, fucose, ac.

uronique

Galactose, fucose, ac. glucoronique

Acides aminés

térie

Formation des substances capsulaires

� Déterminisme génétique- Gène de structure responsable de présence de la

capsule- Perte possible par mutation génétique- Acquisition par transfert génétique (expérience d’Avery)

� Influence du milieu- Capsule formée dans milieu pathologique, mais pas en

culture au laboratoire- Leuconostoc mesenteroides ne synthétise le dextrane

capsulaire qu’en présence de saccharose (le glucose ne suffit pas)

Rôle et propriétés de la capsule

� Rôle antigénique- Dû à structure macromoléculaire et position- Masque les antigènes de paroi et des flagelles- Application: classification des pneumocoques

� Rôle de support de virulence (cas des pneumocoques)

� Rôle protecteur pour la bactérie, contre:- Leucocytes du sang (chimiotactisme négatif)- Bactériophages (sites spécifiques camouflés)

- Certains agents chimiques ou physiques (dessiccation)

2.7.2- Les structures filamenteuses externes

� Structures cordées ou filamenteuses existant chez certaines espèces. La capsule exclut leur présence

� Flagelles (cils): longs, sinueux, non ramifiés, rares chez les cocci; organites de locomotion

� Pili : plus courts; 2 types:

- pili communs (fimbriae): 100 à 400/cellule; organite de fixation

- pili sexuel: 1 à 4/cellule; voie de transfert de matériel génétique

Les flagelles: morphologie et structure

� Systèmes ciliaires (voir § 2.1.4, diapo 50)

� Structure très simple: 3 à 5 fibrilles formant une structure cordée à multiple hélice

� Nature chimique des fibrilles: flagelline qui est une scléro-protéine (cf. kératine et myosine)

� Propriétés antigéniques: flagelline antigène H (Hauch), avec 2 particularités:

- thermolabilité (par rapport à l’antigène O)- agglutination de type floconneux en présence

des anticorps spécifiques (film = hauch)

� Chez Eubactéries, corrélation parfaite flagelles /mobilité (exceptions: protoplastes flagellés et immobiles,

mutants flagellés et immobiles)

� Mise en évidence du mouvement- Observation directe au microscope de préparations

bactériennes à l’état frais- Culture en milieu semi solide (2-3% d’agar-agar);

ensemencement des tubes par piqûre centrale et observation de l’extension de la culture

� Remarque: envahissement des surfaces des milieux gélosés (ex.: Pseudomonas et Proteus)

Rôle des flagelles: le mouvement bactérien

Les pili

� Les pili communs (fimbriae)- Constitués de piline, protéine

arrangée en hélice- Existent chez cellules sauvages

et disparaissent après quelques repiquages

- Rôle de fixation : . sur substrat inerte; . les unes sur les autres formant un voile

résistant ; . sur éléments figurés: levures,

moisissures, algues, globules rouges des mammifères.

� Les pili F (pili sexuels)- tube creux - de nature protéique- structure antigénique de type F- rôle sexuel: passage de matériel

génétique (plasmide ou fragment de chromosome) entre cellule donatrice « mâle » et cellule réceptrice « femelle »

- rôle de réceptivité spécifique de certains virus bactériophages (qui n’infectent que les cellules mâles)

Les pili (suite)

2.8- Reproduction des bactéries

2.8.1- Reproduction asexuée

- Scissiparité- Sporulation – Germination

2.8.2- Reproduction sexuée: conjugaison (voir

chapitre V)

2.8.1- Reproduction asexuée

� Scissiparité (division, bipartition, scission binaire)- 3 étapes: élongation, formation du septum de division,

réplication du chromosome- Rôle important des mésosomes (voir § 2.4.3, diapo 84)

Conséquences

- Les 2 cellules filles ont tous les caractères génétiques de la cellule mère

- Une culture bactérienne est un ensemble de cellules jeunes (toutes du même âge), identiques génétiquement (exception: mutants)

- Temps de génération: temps entre 2 divisions successives; plus ou moins long selon:. les conditions environnantes: température, pH, milieu, etc.

. l’espèce bactérienne: 20 min pour Escherichia coli et 900 min pour Mycobacterium tuberculosis, dans leurs conditions optimales.

� Sporulation – Germination

Sporulation: phénomène de division asymétrique, 7 stades:

- Stade I: formation d’un bâtonnet axial (chromosome et réserves cellulaires)

- Stade II: division du chromosome et un des noyaux fils se condense avec les réserves; un septum de division (2 feuillets membranaires) se forme, divisant la cellule en 2 parties inégales

Sporulation (suite)

- Stade III: pré-spore: zone lisse, transparente, autonome, enveloppes distinctes de celles de la bactérie (résultant de la migration des points de raccordement du septum vers le pôle de la bactérie)

- Stade IV: formation du cortex entre les 2 « membranes » sporales

Sporulation (suite)

- Stade V: formation de la tunique externe (àl’extérieur de la « membrane » la plus externe)

- Stade VI: formation de l’exosporiumspore mûre incluse

Remarque: pendant les stades IV, V et VI, rétrécissement du cytoplasme au profit des enveloppes

- Stade VII: spore libre après éclatement de la paroi de la cellule mère

Les 7 stades de la sporulation bactérienne

Stade I

Stade VII

Stade VI

Stade V Stade IV

Stade III

Stade II

Germination de la spore

Étapes principales de la germination- Phase d’initiation: pendant une à quelques

minutes, réaction qui font que la spore au repos puisse devenir une spore germée, non réfringente et colorable

- Phase de « croissance » de la germination: augmentation du volume, reprise des synthèses macromoléculaires

- Phase d’émergence: la cellule quitte les enveloppes sporales et poursuit sa « croissance »jusqu’à la première division cellulaire normale

Durée de germination

Évènement réalisépour 50% des spores

Évènement commençant

Perte de résistance

Libér°dipicolinate de Ca Spore devient colorable

Perte de réfringence

Libérat°composants du Cortex*

Perte d’absorbance

Utilisation réserves d’énergie

Dégradation protéines et ARNProduction d’ATP

Synthèse d’ARN

Synthèse des protéines

Phase de remaniements moléculaires généralisés

Émergence

Synthèse nette d’ADNDivision cellulaire

Séquence des évènements accompagnant la germination de la spore bactérienne chez Bacillus megatherium

Facteurs de la germination

� Promoteurs de l’initiation

Agents physiques Abrasion, hautes pressions

Agents chimiques Tensioactifs, chélateurs

Agents enzymatiques Lysozyme

Promoteurs métaboliques (initiation métabolique)

Acides aminés, sucres, ribosides, etc.

Promoteurs ioniques non métabolisables (init°ionique)

Cations (Na+, K+, Ca++) ou Anions (Cl-, I-, Br-, PO4

� Activation thermique- Choc thermique (65 à 96°C, quelques minutes):

germination à une vitesse optimale- Application: stérilisation par thyndallisation� Autres facteurs

Température, pH, taux d’humidité (valeurs minimale, optimale et maximale de germination)

� Facteurs antagonistes (inhibiteurs de germination):- sels de métaux lourds- certains antibiotiques

Facteurs de la germination (suite)

2.8.2- Reproduction sexuée: conjugaison

Conjugaison: transfert de matériel génétique d’une bactérie donatrice (mâle) à une bactérie réceptrice (femelle) lors d’une rencontre entre les 2 cellules (voir chapitre V)

Chapitre III- Les microorganismes fongiques

� 3.1- Généralités, caractères généraux

� 3.2- Les levures

� 3.3- Les moisissures

� 3.4- Classification des microorganismes fongiques

3.1.1- Place dans le Monde vivant

3.1.2- Caractères distinctifs par rapport aux autres protistes supérieurs

3.1.3- Caractères distinctifs par rapport aux bactéries

3.1.4- Structure

3.1- Généralités, caractères g énéraux

3.1.1- Place dans le monde vivant

� Champignons (latin: fungi ; grec: mykes)� Étude des champignons: mycologie

� Traditionnellement: la mycologie était (à tort) considérée comme partie de la botanique

� Dans la classification de Langeron (1945), les fungi sont des Protistes supérieurs (cellules eucaryotes)

� Se distinguent de tous les autres micro-organismes

Monde vivant

ProtistesMétaphytes Métazoaires

(Champignons) Protozoaires

Protophytes

Bactéries

Algues bleu vert

Autres

algues unicellulaires

Protistes Inférieurs Protistes Supérieurs

Classification du Monde Vivant(d’après Langeron, 1945)

Eubactéri-ales

MycobacteriaMicroorganismes

fongiques

Algobacteria Algues bleu vert

Autres Algues unicel.

MollicutesRickettsiales

Protozoobacteria

Protozoaires

Place des micromycètes dansle monde microbien

SchizomycètesProtistes inférieurs

Ensemble des ProtistesEnsemble des microbes

étaphytes

Métazoaires

o Hétérotrophes pour le C (comme animaux)o Nutrition azotée simple: NH4

+ ou NO3-

(comme végétaux)o Saprophytes (le plus souvent); mais aussi

espèces parasites (mycoses de l’Homme et des animaux et maladies cryptogamiques des végétaux) ou symbiotiques (lichens)

o Structure filamenteuse ou mycélienne (sauf levures)

3.1.2- Caractères distinctifs par rapport aux autres protistes supérieurs

3.1.3- Caractères distinctifs par rapport aux bactér ies

Champignons microscopiques

Bactéries

Volume cellulaire

(en µm3)

Levure: 20-50

Moisissure: plus grand (difficile à déterminer)

Membrane cytoplasmique

Eucaryote

Stérols

Glucane, mannane, chitine, protéines

Procaryote

Pas de stérols (sauf Mycoplasma)

mucocomplexe

Métabolisme

Agents chimiothérapiques

Dimorphisme Virus (parasites)

Toujours hétérotrophe,

jamais anaérobie strictAntifongiques: + Antibiotiques: -

Présent

Mycovirus (1974)

Hétéro- ou autotrophe, aérobie ou anaérobie

Antibiotiques: +

Antifongiques: -Inconnu

Bactériophages (1915-17)

3.1.4- Structure

� Structure type: structure filamenteuse, cénocytique

� L’ensemble des filaments: mycélium, « thalle »ou appareil végétatif

� Le mycélium porte les « organes fructifères » qui assurent la formation des spores pour la reproduction

� La structure permet de définir trois catégories:- Les champignons macroscopiques (charnus)- Les moisissures: filaments non soudés

- Les levures: forme unicellulaire dominante

Champignons(Fungi , Mycètes)

Champignons macroscopiques

Champignons microscopiques(micromycètes;

microorganismes fongiques)

Moisissures Levures

(Unicellulaires)(Mycéliennes)

(du latin Fungus)

(du grec Mykes)

Les 3 catégories dechampignons

� 3.2.1- Généralités

� 3.2.2- Morphologie

� 3.2.3- Structure de la cellule de levure

� 3.2.4- Reproduction

3.2- Les levures

� Très fréquentes dans la nature (air, sol, etc.) et dans produits riches en sucre (sirop, miel, etc.) et/ou acides (fruits et dérivés, laits fermentés, fromages, etc.)

� Utilisation séculaire dans les fermentations (vin, bière, pain, etc.)

� Utilisations modernes: production de protéines, vitamines, enzymes, etc.

� Agents d’altération des aliments sucrés et/ou acides

� Rares espèces pathogènes (ex.: candidoses ou mycoses à Candida)

3.2.2- Morphologie

� Forme type: globuleuse ou ovalaire, normalement unicellulaire

� Autres formes: allongée, apiculée, pyramidale, etc.

� Parfois, formation d’un pseudo-mycélium

pseudo-mycélium des levures

Formes globuleuse et ovoïde des levures

� Cellule eucaryote (noyau vrai, membrane nucléaire, mitochondries, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, etc.)

� La paroi cellulaire constituée de glucane (« cellulose de levure »), mannane, chitine, pseudo-kératines (protéines riches en soufre)

� Mitochondries responsables de la respiration: développées en milieu aérobie, réduites en anaérobiose

3.2.3- Structure de la cellule de levure

Structure eucaryote d’une cellule de

levure

mitochondries

Pro-mitochondries

mitochondries

anaérobiose

Adaptation de l’état des mitochondries en fonction del’oxygénation chez la levure

� Reproduction asexuée- Bourgeonnement

- Autres modes de reproduction asexuée � Reproduction sexuée- Conjugaison

- Sporulation

3.2.4- Reproduction

Reproduction asexuée

� Bourgeonnement- Le mode de reproduction le plus fréquent- Formation d’un petit bourgeon qui va grossir

progressivement- Division du noyau; un des deux noyaux passe dans le

bourgeon- Répartition des autres organites (mitochondries, etc.)

entre cellule mère et bourgeon- Détachement du bourgeon à partir d’une certaine taille- La cellule mère garde une cicatrice de bourgeonnement- Une cellule peut bourgeonner plusieurs fois

Cicatrice de bourgeonnement

Bourgeonnement de la levure

Bourgeon

� Autres modes de reproduction asexuée

- Scissiparité: ex.: Schizosaccharomyces

- Sporulation asexuée: formation de spores variées (chlamydospores, arthrospores, blastospores, ballistospores, etc.)

Reproduction asexuée (suite)

� Reproduction sexuée: conjugaison-sporulation- Premier cas: conjugaison avant sporulation. Fusion de 2 cellules végétatives haploïdes

compatibles ou de signes sexuels opposés a et α (ou + et -);

. Le gamète formé subit une méiose et se transforme en un sac (asque); chacun des 4 nouveaux noyaux haploïdes donne une spore

. Parfois, mitoses supplémentaires donnent plus de spores (multiple de 4)

. La germination de la spore redonne une cellule végétative haploïde

Reproduction sexuée

Exemple de cycle biologique d’une levure

Ascospore a

Ascospore α

germination

1- bourgeonnement

2- conjugaison

3- sporulation

� Reproduction sexuée: conjugaison-sporulation (suite)

- Deuxième cas: sporulation avant conjugaison

. Cellule végétative diploïde évolue en asque après méiose de son noyau et formation de 4 spores

. Fusion entre deux spores de signes sexuels opposés

. Le gamète formé est une nouvelle cellule végétative diploïde

Reproduction sexuée (suite)

� 3.3.1- Généralités� 3.3.2- Morphologie et structure� 3.3.3- Reproduction- Reproduction asexuée. Formation de sporangiospores. Formation de conidies ou conidiospores. Autres types de spores

- Reproduction sexuée. Cas des Ascomycètes. Cas des Basidiomycètes. Cas des Phycomycètes

� 3.3.4- Classification des moisissures

3.3- Les moisissures

� Très répandues dans les milieux naturels (sol, air, déchets organiques, etc.)

� Agents d’altération très actifs, surtout sur produits alimentaires au stockage (moitié des pertes après récolte)

� Certaines espèces produisent des mycotoxines (très dangereuses)

� Quelques espèces utiles dans l’alimentation (fromages, sauces fermentées, etc.)

� Espèces pathogènes (plantes, animaux, Homme)

� Structure filamenteuse, mycélienne typique� L’ensemble des filaments (hyphes) plus ou moins

enchevêtrés forme le mycélium � Mycélium visible à l’œil nu à la surface des

supports: masse laineuse, cotonneuse ou veloutée et souvent pigmentée

� Au microscope, on distingue la structure intime des filaments et la présence de « fructifications »produisant les spores de la reproduction

3.3.2- Morphologie et structure

Rhizoctonia violaceasur carottes

Aspergillus Penicillium

Diverses moisissures sur fruits

Cultures en boîte de Petri

Structure filamenteuse (mycélienne) des moisissures

Structure filamenteuse des moisissures

Filaments cloisonnés(champignons supérieurs)

Filaments non cloisonnés(champignons inférieurs)

� Reproduction asexuée

- La croissance du mycélium se fait par:. Élongation des filaments. Ramification des filaments

- La reproduction asexuée proprement dite se fait par formation de spores, qui germent pour donner un nouveau mycélium:

. Sporangiospores (champignons inférieurs)

. Conidiospores (champignons supérieurs)

. Autres types de spores

3.3.3- Reproduction

. Formation de sporangiospores

Se forment dans un sac (sporange ou sporocyste) portépar un filament spécialisé(sporangiophore).

A maturité, le sporange éclate et libère les sporangiospores

Exemples:

- Mucor

- Rhizopus (avec des rhizoïdes)

Sporocystes avec sporangiospores à

l’intérieur

Sporocystes ouvert à maturité pour

libérer les spores

� Se forment à l’air libre (pas de sac)� Sur filament spécialisé: conidiophore

� Conidies unicellulaires, bicellulaires ou pluricellulaires

� Parfois chez même espèce, microconidiesunicellulaires et macroconidies pluricellulaires (Fusarium)

� Souvent tête conidienne caractéristique (Penicillium, Aspergillus, etc.)

. Formation de conidies

172Penicillium roqueforti Penicillium chrysogenum

Penicillium notatumStipe = conidiophore

Penicillium

Aspergillus

Têtes conidiennesd’Aspergillus

a: monsériée

b: bisériée

Aspergillus sp.

Aspergillus glaucus chevalieri

Aspergillus echinulatus

Fusarium

Macroconidies et microconidies de

Fusarium

Fusarium oxysporum(micro- et

macroconidies

MicroconidiesMacroconidies

Alternaria

Alternaria: conidiophore, microconidies et macroconidies

Alternaria alternata

. Autres types de spores

Chlamydospores

Fusarium oxysporum Phytophtora sp.

Arthrospores

(Rôle de résistance)

Geotrichum candidumGeotrichum sp.

� Reproduction sexuée

- Champignons supérieurs (filaments cloisonnés). Cas des Ascomycètes . Cas des Basidiomycètes

- Champignons inférieurs ou Phycomycètes (filaments non cloisonnés)

. Formation de zygospores

Ascospores

ascospores

Basidiospores

Zygospores

zygospore

3.3.4- Classification des microorganismes fongiques

moisissure

Mycélium non cloisonnécloisonné

Champ. supér. Champ. infér.

Rep. sexuée

Non Oui

Fungi imperfecti

Basidio-

spores

PhycomycètesAscomycètes Basidiomycètes

Champignons parfaits

Classes Sous-classes Spores sexuées

Importance en alimentation

Phycomycètes

Zygomycètes Zygospores Genres importants: Mucor, Rhizopus

Oömycètes Oöspores Aucune

Ascomycètes - Ascospores Nombreuses formes parfaites des levures et moisissures des aliments

Basidiomycètes - Basidiospores

La plupart des champignons macroscopiques comestibles ou vénéneux

Deutéromycètes - Inconnues Nombreuses levures et moisissures des aliments

Classification sommaire des mycètes

� IV.1- Définition, généralités� IV.2- Composition, morphologie et structure� IV.3- Principes de classification des virus� IV.4- Effets des virus sur les cellules hôtes� IV.5- Les virus bactériophages

IV.5.1- Diversité des phagesIV.5.2- L’infection phagique

- l’infection lytique- la lysogénie

IV.5.3- Conséquences pratiques

Chapitre IV- Les Virus

IV.1- Définition, g énéralités

- Unité de virus = virion = particule virale

- Constitution: un acide nucléique (ADN ou ARN) entouré d’une structure protéique: la capside (obligatoire) parfois entourée d’une enveloppe (facultative)

- Pas de structure cellulaire- Virion: particule infra-microscopique (visible

seulement au microscope électronique)

Définition, généralités (suite)

- Pas de métabolisme propre (ni nutrition ni respiration), seule fonction de la vie: la reproduction (réplication) du virus

- Le virus n’est pas un microorganisme- Pour se reproduire, il s’introduit dans la cellule

hôte (infection virale) et utilise les structures de celle-ci

- Le virus est un parasite intracellulaire obligatoire- En dehors de la cellule hôte, le virus est une

particule inerte, cristallisable

- Selon les espèces de virus, ils peuvent parasiter les cellules humaines, animales, végétales, fongiques ou bactériennes

- Grande spécificité: récepteurs spécifiques à la surface des cellules hôtes sensibles

- Après infection virale, deux possibilités:. Cellule hôte affectée: maladie ou mort

. Cellule hôte génétiquement modifiée: danger ou bénéfice

Définition, généralités (suite)

Particule virale

Cellule hôte

Cellule modifiéegénétiquement

(danger ou bénéfice)

Cellule affectée(maladie ou

infection

Maladie Hérédité

Résultats de l’infection virale

d’une cellule hôte

� Formes très variées� Taille: de 20 à 300 nm (0,02 à 0,3 µm)� Structure en deux constituants obligatoires:- La capside: protéique- L’acide nucléique: ADN ou ARN

IV.2- Composition, morphologie & structure

nucléocapside

Un constituant facultatif: l’enveloppe (virus enveloppés ≠ virus nus)

capside

Acide nucléique

enveloppe

Virus nu

Virus enveloppé

� Capside (en anglais: capsid = coat = shell)

� Nature protéique: formée de capsomères (tous identiques ou différents) arrangés de façon précise et répétitive autour de l’acide nucléique

� Les capsomères assemblés: unités morphologiques visibles au microscope électronique

� Symétrie de la capside (= symétrie du virus)- Cubique (souvent icosaédrique)- Hélicoïdale- Mixte (tête cubique et queue hélicoïdale)

La capside

Types de symétrie chez les virus

icosaédrique

Hélicoïdale (avec

enveloppe)

mixtehélicoïdale

Virus à structure hélicoïdale

Acide nucléique

Capside

Formes et tailles des virus

(virus à ADN)

Formes et tailles des virus

(virus à ARN)

L’acide nucléique du virus

� Un seul type d’acide nucléique, jamais les 2 à la fois:

- Virus à ADN- Virus à ARN� Acide nucléique peut être ss (single stranded =

simple brin) ou ds (double stranded = double brin)

� Acide nucléique toujours à l’intérieur de la capside (ensemble = nucléocapside; nature: nucléoprotéines)

L’enveloppe

� Enveloppe: double couche lipidique (même structure que membrane cytoplasmique des cellules hôtes du virus)

� Comporte des protéines spécifiques au virus, souvent des glycoprotéines

� Porte également des enzymes (rôle dans le processus d’infection virale)

Virus de la grippe Virus du SIDA

Virus de la mosaïque du tabac

Exemples de formes et de structures de virus

� Pas de classification satisfaisante� Critères considérés (Class°de Lwoff, Horne et Tournier):

- matériel génétique (ARN, ADN, ds ou ss...).- symétrie de la capside (cubique ou hélicoïdale)

- caractère nu (pas d'enveloppe) ou enveloppé(enveloppe autour de la capside)

- caractéristiques morphologiques du virion:. nombre de capsomères et diamètre de la particule virale pour les

virus à symétrie cubique.. longueur et épaisseur des nucléocapsides pour les virus à

symétrie hélicoïdale.

IV.3- Principes de classification des virus

Principes de classification des virus (suite)

� Virus bactériophages désignés par des lettres et des chiffres, suivis de l’espèce hôte

� Virus animaux et végétaux- Espèce (liée à la maladie);- Genres: noms latins

(terminaison: virus)- Familles: noms latins

(terminaison: viridae)

Phages(exemples)

T2 d’Escherichia coli

P22 de Salmonella typhimurium

Espèces - virus de la mosaïque du tabac; - virus du sida;

- virus de la grippe

Genres Avipoxvirus; Retrovirus

Familles Poxviridae; HerpesviridaeV

égét

Retrovirus: virus à ARN, qui se répliquent par l’intermédiaire de

l’ADN (rôle de la réverse transcriptase)

Adsorption Pénétration Multiplication

Division de la cellule

cancéreuse

Mort de la cellule et

libération des virions

Libération lente de virions sans mort de

la cellule

Virus présent dans la cellule sans lui causer de danger

Transformation en cellule

cancéreuse

Transformation de cellules normales en cellules cancéreuses

Infection lytique

Infection persistante

Infection latente

IV.4- Effets des virussur les cellules hôtes

(ex.: cellules animales)

IV.5- Les virus bactériophages

IV.5.1- Diversité des phagesIV.5.2- L’infection phagique

. L’infection lytique: les phages virulents (ex. phage T4 d’Escherichia coli). La lysogénie: les phages tempérés ou prophages

ARNss ds

MS2; Qβ Φ6

ss ΦX174fd; M13

ds T3; T7 Lambda; T5

MuT2; T4

IV.5.1- Diversité des phages

Particule virale

Chromosome bactérien

ADN phagique

Adsorption

Injection de l’ADN

CTION LYT

IQUELYSO

Réplication

ADN viral

Synthèse capsides

Assemblage virions

Lyse; libération

de virions

INDUCTION

Intégration

ADN viral dans

chromosome Cellule

lysogène

Division

cellulaire

IV.5.2- L’infection

phagique

� L’infection lytique: phages virulents (cas du phage T4 d’E.coli)

- Structure du phage T4: tête icosaédrique allongée par l’addition de faces supplémentaires d’hexamères; queue avec canal central entouréd’une gaine contractile; queue rattachée à la tête par un collier et terminée par une plaque caudale munie d’épines et de fibres articulées

25 types de protéines différentes

L’infection lytique

� Attachement du phage sur des sites spécifiques de fixation au niveau de la paroi; on distingue:

. des sites communs à tous les individus d’une espèce;

. des sites particuliers à certains individus appartenant à une même espèce bactérienne.

- Notion de lysotype: ensemble d’individus appartenant à une même espèce bactérienne et sensibles aux mêmes phages

� Après fixation du phage, injection de l’ADN selon mécanisme particulier rendu possible grâce à la structure du virion (gaine contractile en particulier) et à une enzyme qui dégrade le mucocomplexe: le T4 lysozyme

Attachement du phage T4

d’Escherichia coli et injection de l’ADN phagique

A: virion libre

B: Contact de la paroi

par les fibres caudales

C: contact par les épines

caudales

D: contraction da la

gaine contractile et

injection de l’ADN viral

- Particularité de l’ADN phagique: la 5-hydroxymétyl-cytosine remplace la cytosine, le groupe hydroxyl de cette molécule pouvant être glycosylé. Cet ADN glycosylé résiste aux endonucléases de restriction de la bactérie hôte

- Plus de 160 gènes identifiés

La lysogénie

- Pas de lyse: ADN viral incorporé à ADN bactérien (phage tempéré)

- Bactérie immunisée alors contre ce phage- Virus présent dans bactérie seulement sous

forme d’ADN: prophage ou provirus, ou phage latent

- Se réplique avec ADN bactérien et se transmet à la descendance

Lysogénie (suite)

- Prophage peut à tout moment devenir virulent: la bactérie est dite lysogène

- Lyse spontanée se fait à faible fréquence

- Fréquence peut être augmentée: c’est l’induction

- Facteurs inducteurs: UV, rayons X, etc.

- Défauts de fermentation dans les IBF (Industries de Biosynthèse et Fermentations) (ex.: industrie laitière)

Remèdes:. Désinfection régulière

. Rotation de souches de différents lysotypes

- Lutte contre les bactéries indésirables dans les aliments à l’aide de phages spécifiques

Conséquences pratiques (suite)

- Dans la recherche et l’industrie, pour le génie génétique:

. Attacher l’ADN étranger à l’ADN d’un phage

. Encapsider l’ADN hybride ainsi formé: virion avec ADN hybride

. Infecter une bactérie lysogène pour le phage en question

Chapitre V- Eléments de génétique bactérienne

V.1- Généralités

V.2- La mutation génétiqueV.3- Transferts et recombinaisons génétiques

Chapitre V- Eléments de génétique bactérienne

� V.1- Généralités- La génétique: science de l’hérédité et des

variations génétiques

- Les bactéries: matériel très intéressant pour les études génétiques (croissance rapide, populations considérables dans petits volumes, absence de caractères récessifs)

- Les caractères d’une cellule sont héréditaires: fidèlement transmis de génération en génération

- Exceptions à cette règle: phénomènes de variations génotypiques

� Variations génotypiques:

- Mutation- Recombinaison par transfert d’ADN d’une cellule

à une autre; 3 modalités de transfert:Transformation Conjugaison Transduction

Conversion lysogénique Transposition

- Le zygote formé est un zygote partiel (mérozygote): la cellule donatrice ne donne qu’une fraction de son ADN

V.2- La Mutation génétique

� Généralités- Mise en évidence: . Sensibilité ou résistance à un antibiotique. Besoin en facteurs de croissance- Caractéristiques: rareté, spontanéité, stabilité,

spécificité- Mutation naturelle spontanée (fréquence faible:

10-6 à 10-8)- Mutation induite par usage d’agents mutagènes

(fréquence élevée: jusqu’à 10-2)

Agents mutagènes Exemples Type de mutation

Analogues de bases (puriques et pyrimidiques),Agents nitreux

5 bromo-uracile analogue de la thymine2 amino-purine analogue de l’adénineAcide nitreux

Substitution ponctuelle de bases dans l’ADN

Colorants d’acridine proflavine Insertion ou délétion

Rayons ultra-violets 260 nm ???

� Mécanismes

� Substitution d’une base à une autre dans l’ADN

G A T C G T A C A T A T A G A T C G T A T A T A T A

GCA AUAUGUCUA CUA GCA UAU AUA

Leu LeuAla AlaCys Tyr IleIle

ADN normal Substitution: C par T

Transcription: ADN ARNm

Traduction: ARNm Protéine

� Mécanismes (suite)

� Mutation par insertion d’une base dans l’ADN

G A T C G T A C A T A T A G A T G C G T A C A T A T A

GCA AUAUGUCUA CUA CGC AUG UAU

Leu LeuAla ArgCys Met TyrIle

ADN normal addition: G inséré

� Mutation par délétion

A A T A G T G C C A C G A

UCA UGCCGGUUA UUA CAC GGU GCU

ADN normal Délétion d’un nucléotide

A A T G T G C C A C G A

� Mutation par les rayons ultraviolets

A G C T T C A T G G A T

ADN normal

T C G A A G T A C C T A

A G C T T C A T G G A T

Irradiation ultra-violette

Dimère T-T

Premature termination of complementary strand

A gauche, un photon ultraviolet atteint l’ADN, provoquant, à droite, une mutation (erreur de lecture au

sein de l’ADN) ou la mort de la cellule

� Mutation non sens

G A T C G T A C A T A T A G A T C G T A C T T A T A

GCA AUAUGUCUA CUA GCA UGA AUA

Leu LeuAla AlaCys Ile

ADN normal Substitution: A par T

� Mutation silencieuse

G A T C G T A C A T A T A G A T C G T A C G T A T A

GCA AUAUGUCUA CUA GCA UGC AUA

Leu LeuAla AlaCys Ile

ADN normal Substitution: A par G

Cys Ile

� Mutations morphologiques� Mutations nutritionnelles ou physiologiques:

- Apparition ou disparition d’un besoin nutritionnel (ex. une espèce prototrophe donne un mutant auxotrophe pour un facteur de croissance donné)

- Perte de la capacité de fermenter un sucre donné

� Acquisition ou perte de résistance à un antibiotique

� Expression des mutations

� Mutation réverse: elle redonne le type sauvage avec sa séquence initiale

� Mutation suppressive: la perte d’activité d’une protéine à la suite d’une mutation primaire est partiellement restaurée par une seconde mutation à un locus différent

� Mutation létale: la mutation est létale lorsque le produit codé par le gène muté est strictement nécessaire à la vie de la cellule

� Expression des mutations (suite)

� Transferts génétiques: processus par lesquels du matériel génétique est transféré à une bactérie réceptrice

� Le matériel génétique de la cellule réceptrice est alors dit recombiné

� Plusieurs mécanismes:- Transformation- Conjugaison- Transduction- Conversion lysogénique

- Transposition

V.3- Transferts et recombinaisons génétiques

� Transformation

� Découverte: expériences de Griffith (1928) et d’Avery (1941) sur les Pneumocoques (voir § 2.5.1)

� Autres espèces naturellement transformables (compétentes) parmi Streptococcus, Bacillus, Staphylococcus, Haemophilus, etc.

� Espèces non transformables naturellement (ex. Escherichia coli)

� Tous les caractères génétiques d’une espèce peuvent être transformés

� Facteurs de compétence- ADN bicaténaire, de taille suffisante;- Concentration suffisante en ADN- Temps de contact ADN transformant/cellules

cibles

�Transformation (suite)

� Transformation (suite)

� Étapes de la transformation- Fixation ADN étranger

(exogénote)/cellule (au hasard)- Pénétration ADN dans cellule- Éclipse: un des brins est détruit,

l’autre conservé- Intégration: la partie homologue

sur ADN de la cellule serait découpée et remplacée par le fragment introduit

� Définition: transfert de matériel génétique d’une bactérie donatrice (mâle) à une bactérie réceptrice (femelle) lors d’une rencontre entre les 2 cellules.

� Découverte� Physiologie de la conjugaison- Cas des cellules F+

- Cas des cellules Hfr� Conséquences de la conjugaison- Cas des cellules F+

- Cas des cellules Hfr

�Conjugaison

� Découverte (expérience de Ledeberg et Tatum, 1946)

�Conjugaison (suite)

Mutant ABio- Met- Thr+ Leu+

Nouvelle soucheBio+ Met+ Thr+ Leu+

Mutant BBio+ Met+ Thr- Leu-

pas de croissance

Croissance (1/106)

pas de croissance

Culture sur milieu minimum

mélangeA & B

-Souche sauvage prototrophe: Escherichia coli K12

- A et B: doubles mutants auxotrophes

Interprétation - Double mutation de A ou de B: non car la

fréquence serait de 10-12 à 10-16)- Seule explication possible: transfert de

caractères génétiques de A à B ou inversement

� Physiologie de la conjugaison- Les bactéries mâles possèdent des plasmides F

(Fertilité) qui déterminent la présence de pilisexuels F et le comportement mâle (donateur)

- Les bactéries femelles F- (pas de plasmide F) ont des récepteurs de surface dont la reconnaissance par les pili F permet d’établir un pont entre les 2 cellules

- Les cellules mâles sont de 2 types: F+ et Hfr

�Conjugaison

- Cas des cellules F+

. Pili F indépendant du chromosome;

. Au moment de la conjugaison, il va seul se répliquer et une copie va passer àtravers le pili F dans la cellule réceptrice

- Cas des cellules Hfr. Le plasmide F s’intègre au chromosome. Au moment de la conjugaison, le chromosome se réplique

en commençant par le point d’insertion du plasmide F. Les premiers gènes répliqués sont les premiers transmis;

transfert orienté, progressif, linéaire. Le plasmide F n’est transmis qu’en dernier lieu, si le contact

se poursuit assez longtemps

� Conséquences de la conjugaison- Cas des cellules F+

. Facteur F transmis avec fréquence élevée (50% après une heure de contact)

. Cellules F- deviennent F+

. Transfert de caractères chromosomiques très rares (1 cellule F+ sur 104 arrive à transmettre des caractères situés sur le chromosome); cellules F+: cellules à faible fréquence de recombinaison

� Conséquences de la conjugaison- Cas des cellules Hfr

. Fréquence élevée de transfert de caractères chromosomiques (1 cellule sur 10)

. Cellule F- reste F- en général; plasmide F n’est transmis qu’exceptionnellement

. Interruption de la conjugaison à un stade plus ou moins avancé du transfert des gènes

. On peut provoquer cet arrêt après des durées variables et analyser les caractères transmis: établissement de cartes génétiques

60’50’

Thr Leu Pro

HisSer

Éléments de la carte génétique d’Escherichia coli-Thr, Leu, Pro, His, Ser, Met: synthèse des acides aminés correspondants

- Lac, Gal: fermentation du lactose et du galactose

- Smr: résistance à la streptomycine

� Définition: transfert de matériel génétique d’une bactérie à une autre à l’aide d’un virus bactériophage

� Transduction généralisée par un phage virulent

� Transduction spécialisée par un phage tempéré

�Transduction

�Transduction (suite)

� Transduction généralisée: transfert de n’importe quel gène (au hasard)

� Transduction spécialisée: concerne une ou deux régions du chromosome bactérien, emportées lors de la libération du phage tempéré

� Le génome du bactériophage apporte par lui-même un caractère très important pour la bactérie réceptrice

� Exemples: sécrétion de la toxine de la diphtérie et de la toxine érythogène des streptocoques du groupe A (scarlatine)

� Seul le génome du phage est responsable du nouveau caractère (dans la transduction, c’est du matériel génétique bactérien transféré àl’aide d’un phage)

�Conversion lysogénique

� Transposition: intégration directe d’une séquence de gènes (transposon) au sein d’un chromosome ou d’un plasmide, en l’absence d’homologie de séquence nucléotique (recombinaison illégitime)

� Transposon: fragment d’ADN limité de part et d’autre par des séquences d’insertion

� Les séquences d’insertion portent des gènes nécessaires à la transposition (transposase, éléments régulateurs de la transposition

� Le fragment central porte les marqueurs spécifiques (ex.: résistance aux antibiotiques)

�Transposition

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