cellule procaryote1 la cellule bactÉrienne (suite)
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Cellule procaryote 1
La CELLULE La CELLULE BACTÉRIENNE BACTÉRIENNE
(suite)(suite)
novembre 2006 Cellule procaryote 2
4. ÉLÉMENTS 4. ÉLÉMENTS FACULTATIFS DES FACULTATIFS DES BACTÉRIESBACTÉRIES
3.1. DNA ET SON EXPR
• Un ou plusieurs flagelles libres à l’extérieur de la cellule
• Filaments axiaux (en nombre variable) emprisonnés entre la paroi et la membrane plasmique chez les spirochètes et les spirilles
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novembre 2006 Cellule procaryote
4.1. Les éléments locomoteurs
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Cils et flagelles E.coli
Proteus vulgaris
Vibrio
MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE
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Cils et flagelles
Leptospira icterohemorragiae Provoque maladie professionnelle des égoutiers et des baigneurs en eau douce (la bactérie provient de l’urine du rat).
4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-1- Techniques directes
1 m
Après imprégnation argentique :
Après coloration de Gram :
?
Techniques directes de mise en évidence des flagelles
• Flagelles visibles :– après coloration des cils par imprégnation
argentique dont le principe est d’épaissir les cils car cils trop fins pour être visibles en microscopie optique
– lors de l’observation au microscope électronique
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Observation des cils au microscope optique après imprégnation argentique
Clostridium botulinum
Salmonella
Pseudomonas
Vibrio
MICROSCOPIE OPTIQUE
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Observation des cils au microscope électronique E.coli
Proteus vulgaris
Vibrio
MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE
4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-2- Techniques indirectes
• Réalisation d’un état frais :– Si bactéries immobiles : bactéries dépourvues de
cils– Si bactéries mobiles : bactéries pourvues de cils.
Remarque : l’observation des modalités de déplacement permet d’évoquer le type de ciliature
4-1-2- Les diverses types de ciliature
monotriche lophotriche amphitriche Péritriche Polaire Polaire Polaire
Mode d’insertion des flagelles et type de mobilité
Insertion polaire : à une ou deux extrémités :
mobilité rectiligne avec traversée rapide du champ
Insertion péritriche : sur toute la surface de la bactérie : mobilité sinueuse lente avec tournoiement et changement fréquent de direction
4-1-3- Structure des flagelles a/ mise en évidence de la structure au microscope électronique
Flagelles isolés avec leur corps basal
Un corps basal etSon crochet
Crochet
Corps basal
b/Insertion et structure des flagelles
Gram - Gram +Gram - Gram +Filament
Crochet
Anneaux
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Cils et flagelles
c/ Structure : les 3 parties des flagelles
Trois parties :
• Filament : – cylindre creux et long (10 m) – constitué d’une protéine : flagelline
• Crochet : fixation du filament au corps basal
• Corps basal : anneaux d’ancrage aux membranes
4-1-4- Rôles des flagelles
- Mobilité
- Rôle antigénique
- Rôle taxonomique
4-1-1-4- Rôles des flagellesa/ Mobilité
- Energie nécessaire : force protomotrice
- Intérêt physiologique :
** Se déplacer vers les substances nutritives : Se déplacer vers les substances nutritives : chimiotactisme positifchimiotactisme positif
** Fuir les substances toxiques : Fuir les substances toxiques : chimiotactisme négatifchimiotactisme négatif
-
4-1-1-4- Rôles des flagellesb/ Rôle antigénique
- Induction par certains constituants des flagelles de la synthèse d’anticorps (Ac) spécifiques et union de ces Ac avec les flagelles
- Exemples :
** Ag H des flagelles des Salmonella
* Ag des flagelles d’ Escherichia coli.
-
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4.2. Capsule
Streptococcus pneumoniae
4-2-1- Mise en évidence de la capsule
Au microscope optique : Etat frais à l’encre de chine
10 m
Au microscope électronique :
4-2-2- Définition et nature biochimique de la capsule
• Couche externe à la paroi • Couche très épaisse (0,5 à 2 m) • Couche composée
– soit de polyosides – soit de polypeptidesavec beaucoup d’eau protégeant la bactérie vis-à-vis
de la dessication
4-2-3- Exemples de bactéries capsulées
• Bactéries pathogènes– Streptococcus pneumoniae– Klebsiella (Enterobactérie)– Bacillus anthracis
• Bactéries de l’environnement– Alcaligenes
4-2-4- Rôles de la capsule
• Rôles dans le pouvoir pathogène• Protection de la bactérie contre la dessiccation• Rôle antigénique• Nuisances industrielles
4-2-4- 1- Capsule et pouvoir pathogènea/ Mise en évidence expérimentale d’un des rôles :Expérience de GRIFFITH
Injection de S. pneumoniae capsulés : mort des souris
Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris
Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris
Modalités :
Capsule = facteur de pathogénicité car empêche la phagocytose et la fixation du complément
b/ Autre mode d’action de la capsule vis-à-vis du pouvoir pathogène
• Adhésion de la bactérie par sa capsule à de nombreuses surfaces (dents, cellules épithéliales)
• Conséquence : – Plus grande difficulté pour l’hôte d’éliminer la
bactérie au moyen des cils vibratiles et du mucus– Meilleure colonisation de l’hôte par les bactéries.
• Bilan :Rôle antiphagocytaire de la capsule et adhésion renforcée par la capsule renforcent le pouvoir pathogène des bactéries capsulées.
4-2-4-2- Capsule et antigénicité
– Certains constituants capsulaires sont des antigènes– Applications :
• Vaccination• Identification de souches capsulées : Ex : Streptococcus pneumoniae
4-2-4-3- Capsule et nuisances industrielles
Secrétion de capsule = accumulation de substances visqueuses :
- bouchage filtres et tuyaux - modification des qualités organoleptiques des
produits fabriqués ( exemple : filage du lait)
Remarques : autres exopolymères de surface Le glycocalyx• Réseau diffus de polysaccharides • Permettant l’adhérence des bactéries aux cellules et au support (favorisant
le pouvoir pathogène et rendant difficile les opérations de nettoyage désinfection) : formation d’un biofilm.
La couche S• Substance protéïque• Régulière et structurée• Difficilement enlevable• Rôle : protection, adhésion, antiphagocytaire
Biofilm bactérien en formation sur une dent
Bactéries
Fibres de polysaccharides
Plongée dans un biofilm bactérien
Couche S d’une Archaeae MET
100 nm
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4.3. Pili
E.coli
Pili communs et pili sexuels
1 m
Des pili communs
flagelle
Un pilus
sexuel
Bactérie Gram - (MEB)
4-3-1- Définition
Pili = filaments
• très fins
• courts
• raides
• non impliqués dans le mouvement
4-3-2- Les deux sortes de pili
Pili communs
Pili sexuels
4-3-3- Pili communs ou fimbriae
• Visibles seulement au microscope électronique
• Très nombreux
• Retrouvés chez les bactéries Gram -
• Rôle d’adhésion aux cellules, aux supports , font partie des adhésines
4-3-4- Pilus sexuel
Pili sexuels
• Moins nombreux
• Rôle dans l’ échange d’ADN entre bactéries lors de la conjugaison
• Présent chez les bactéries possédant le facteur F porté par un plasmide
4-3-5- Rôles des pili
• Pili sexuels : échange d’ADN entre bactéries par conjugaison
• Pili communs : adhérence aux cellules eucaryotes et autres supports
• Rôle antigénique• Site de fixation pour des phages
4-3-5- Rôles des pilia/ Echange d’ADN (phénomène de conjugaison)
• Fixation du pilus de la bactérie donatrice sur un récepteur fixé dans la membrane plasmique d’une autre bactérie (dite réceptrice)
• Passage du matériel génétique (ADN bactérien ou plasmide) par le pilus de la bactérie donatrice à la bactérie réceptrice)
• Acquisition par la bactérie réceptrice de nouvelles propriétés dues à l’acquisition de nouveaux gènes et donc à l’aptitude de fabriquer de nouvelles protéines (enzymes ou autres.)
Exemple de propriétés acquises
• Résistance aux antibiotiques par transmission d’un plasmide ayant un gène codant pour une enzyme inactivant l’antibiotique
4-3-5- Rôles des pilib/ Adhésion aux cellules eucaryotes
• Fixation du pilus sur un récepteur spécifique présent dans la membrane plasmique de la cellule eucaryote
• Forte adhésion de la bactérie à la cellule• Frein à l’élimination de la bactérie par le mucus ou
autres liquides de l’organisme• Implantation favorisée de la bactérie dans
l’organisme
Conséquence de l’adhésion aux cellules eucaryotes
• Favorise l’implantation• Favorise la multiplication de la bactérie dans
l’organisme • Permet le démarrage d’une infection• Favorise le pouvoir pathogène de la bactérie
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3.1. DNA ET SON EXPRESSION
E. coli éclaté
Plasmide
4-4- Les plasmides
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Plasmide
4-4-1- Définition
Plasmide =
Petite molécule d’ADN bicaténaire et circulaire,
indépendante de l’ADN bactérien,
à réplication autonome,
transmise à la descendance,
interchangeable entre bactéries principalement par le phénomène de conjugaison,
non indispensable à la croissance,
4-4-2- Composition et structure
Identiques à celles de l’ADN bactérien mais de plus petite taille.
4-4-3- Mécanismes d’acquisition d’un plasmide par une bactérie
Essentiellement par conjugaison : transfert d’une bactérie donatrice (dite F+) à une bactérie réceptrice (dite F-) en empruntant un pilus sexuel.
Parfois par transduction : transfert du plasmide d’une bactérie à l’autre par l’intermédiaire d’un bactériophage tempéré.
Parfois par transformation : intégration dans une bactérie vivante du plasmide provenant d’une bactérie morte de même espèce ou d’espèce voisine.
4-4-4- Fonctions des plasmides Plasmide = apport de gènes nouveaux synthèse de protéines nouvelles des caractères nouveaux à la bactérie
Acquisition de la formation de pilus sexuel par apport du facteur F portant des gènes codant pour les pili
Acquisition de la capacité à secréter des enzymes inactivant certains antibiotiques (ex : pénicillinase) par apport du facteur R portant des gènes codant pour ces enzymes
Acquisition d’avantages compétitifs par apport de facteurs codant pour des bactériocines
Acquisition de nouveaux facteurs de virulence
Acquisition de nouvelles capacités métaboliques
Protéines synthétisées par des bactéries et qui détruisent d’autres bactéries
Remarques : pourquoi certains plasmides = facteurs de virulence ?
Gènes portés par le plasmide codent pour une toxine responsable d’effets pathogènes (ex : toxine érythrogène de Sreptococcus, toxine diphtérique)
Gènes portés par le plasmide codent pour des adhésines
Gènes codent pour des enzymes inactivant les mécanismes de défense de l’hôte
Gènes codent pour des protéines responsables de l’induction de tumeurs.
4-4-5- Utilisation industrielle à des fins bénéfiques des plasmides (génie génétique)
Modification de plasmides avec intégration d’un gène codant pour une substance souhaitée (insuline, hormone de croissance ….)
Introduction du plasmide dans un microorganisme donné qui traduit tous les gènes et notamment ceux du plasmide et produit donc en grande quantité la protéine souhaitée
Extraction de la substance du milieu de culture, puis purification de cette substance.
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4.5. Spore (endospore)
Bacillus
Bacillus anthracis
4-5-1- Définition
Spore = structure
fabriquée par 2 genres de bacilles Gram + (Clostridium et Bacillus) dans des conditions défavorables,
libérée ensuite hors de la cellule,
capable de résister très longtemps dans le milieu environnant jusqu’à ce que les conditions redeviennent favorables,
redonnant ensuite lorsque les conditions redeviennent favorables un bacille identique au bacille initial par germination.
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SPORULATION
GERMINA TION
CYCLE SPORAL
Conditions défavorables (manque de nourriture…) mais pas un fort chauffage…
Conditions favorables (eau et nourriture…) et un facteur déclenchant (choc thermique par ex.
4-5-2- Bactéries capables de sporuler
Uniquement 2 genres de bacilles Gram + :
Toutes les bactéries du genre Bacillus : bacilles Gram + aérobies (aérobies stricts ou aéro-anaérobies).
Toutes les bactéries du genre Clostridium : bacilles Gram + anérobies stricts.
Observation au microscope optique à contraste de phase àl’état frais des spores de Bacillus et de Clostridium
ClostridiumBacillus
Mise en évidence des spores au microscope optique :
Bacillus anthracis
Colorations non spécifiques : Gram
Mise en évidence des spores au microscope optique :
Colorations spécifiques : Vert Malachite
Bacillus subtilis
4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-1- Morphologie externeb/ Résultats
a) Centrale ovalaire non déformante
b) subterminale
c) terminale
d) Terminale ronde déformante
4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-1- Morphologie externeb/ Résultats
Spore =
Masse sphérique ou ovoïde
Masse déformante ou non déformante
Masse centrale, subterminale ou terminale
Remarque : caractères à bien observer car utilisés pour la taxonomie des bactéries des 2 genres.
4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie internea/ Techniques d’étude
Microscopie électronique à transmission
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Bacillus
Spore au microscope électronique à transmission
4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie interneb/ Les divers constituants de la spore
Exosporium
Tunique
Cortex
Paroi
Membrane plasmiqueProtoplaste = Cytoplasme
4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie interneCaractéristiques de quelques constituants de la spore
• Tuniques de nature protéique
• Cortex constitué de peptidoglycane et de dipicolinate de calcium
• Paroi et membrane plasmique de composition comparables à celle de la bactérie
• Protoplaste (ou cytoplasme) caractérisé par une très grande pauvreté en eau et la présence d’enzymes inactives
4-5-4- Propriétés, caractéristiques de la spore4-5-4-1- Caractéristiques de composition chimique
• Pauvreté en eau (spore : 5 à 15 % d’eau alors que bactérie : 80%)
• Présence massive de dipicolinate de calcium
• Inactivité des enzymes