microbio gene 2 - … · -volume horaire tp: 18 h -polycopié, diaporama sur data show ... domaine...
TRANSCRIPT
MICROBIOLOGIE GENERALE
(Cours Théorique)Deuxième Année Techniques de Contrôle de
Qualité des Aliments(2011-12)
Prof. A. TANTAOUI ELARAKI
SUP’AGRO
2
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.
3
� 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
4
� 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)
Microbiologie générale
5
� 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
Microbiologie générale
6
- 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)
Microbiologie générale
7
8
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
9
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
10
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)
11
Microbes
Virus Bactéries LevuresAlgues
unicellulaires Protozoaires
Microorganismes fongiques
Microorganismes
Différentes catégories de microbes
Moisis-sures
Domaine d’intérêt de la microbiologie classique
12
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.
13
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
14
� 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
15
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
16
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
17
� 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)
18
1.3.2- Classification des Protistes
� Protistes supérieurs: cellules eucaryotes
- Protozoaires- Algues unicellulaires
- Champignons (Fungi)
� Protistes inférieurs: cellules procaryotes- Algues bleu vert
- Bactéries
19
Procaryote Eucaryote
Membrane nucléaire
Chromosomes
Reproduction asexuéeReproduction sexuée
-
1
Surtout scissiparitéPas de méïose
+
≥ 2
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
Noy
auC
ytop
lasm
e
* Sauf Mollicutes et formes L des Eubactéries ** absente chez les animaux
Comparaison cellule procaryote
cellule eucaryote
20
Monde vivant
ProtistesMétaphytes Métazoaires
Fungi
(Champignons) Protozoaires
Protophytes
Bactéries
Algues bleu vert
Autres
algues unicellulaires
Protistes Inférieurs Protistes Supérieurs
Classification du Monde Vivant(d’après Langeron, 1945)
21
Eubactéri-ales
MycobacteriaMicroorganismes
fongiques
Algobacteria Algues bleu vert
Autres Algues unicel.
MollicutesRickettsiales
Protozoobacteria
Protozoaires
Vira
les
Différentes catégoriesde microbes
SchizomycètesProtistes inférieurs
Ensemble des ProtistesEnsemble des microbes
Mon
de
iner
teM
étaphytes
Métazoaires
22
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
23
Champignons(Fungi , Mycètes)
Champignons macroscopiques
Champignons microscopiques (micromycètes;
microorganismes fongiques)
Moisissures Levures(Unicellulaires)(Filamenteuses)
(du latin Fungus)
(du grec Mykes)
24
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)
25
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
26
10
PLACE DANS LE MONDE VIVANT
Monde vivant: 5 règnes:
Animalia Plantae Protista Fungi Monera
Microorganismes
Structures cellulaires
Eucaryotes
deux groupes de microorganismes
Procaryotes
Fungi
Moisissures***Levures***
Protistes
Algues**Protozoaires**
Monera
CyanobactériesBactéries***RicketsiesArchaebactéries
MycoplasmesChlamidiae(Virus)
*** importants pour l'alimentation** moins importants
Nouvelle classification avec 5 règnes
Attention!
25
27
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
28
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
29
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
30
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
31
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
32
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.)
33
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
34
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)
35
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
36
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
37
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.)
38
NO3-
R-NH2
NH4+
NO2-
N2
NO
N2O
NO2-
c
a
a
a
i
g
h
bb d e
f
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
39
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
40
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,
etc.
41
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
42
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
43
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
44
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
45
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
46
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
47
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
48
Principales formes
bactériennes
49
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)
50
Systèmes ciliaires chez les bactéries
51
Bacillus anthracis
Bacillus cereus
Spore non déformante
Clostridium botulinum
Clostridium tetani
Spore déformante
Centrale
Terminale
Subter minale
Centrale
52
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
53
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)
54
55
Organites facultatifs
� Spore (endospore) bactérienne;
� Structures cordées: flagelles, fimbriae ou pili
� Capsule ou substances capsulaires
56
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
57
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)
58
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
59
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
60
Acide N-Acétyl-Muramique
N-Acétyl-Glucosamine
Acide diaminopimélique
61
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.
62
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»
63
NAM NAM NAM
NAM NAM NAM
NAM NAM NAM
NAG
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 {
64
Bactéries à Gram négatifParoi de peptidoglycane mince
« membrane externe » à base de lipides
Bactérie à Gram positifParoi de peptidoglycane épaisse
pas de « membrane externe »
65
Bactéries à Gram positif
Bactéries à Gram négatif
Structure de la paroi bactérienne
66
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)
67
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
68
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
69
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
70
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
71
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
72
2.4.1- Généralités
� 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)
73
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.
74
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)
75
Phosphate
Glycérol
Acide gras
Double couche phospholipidique de la membrane
76
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
77
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
actif
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
78
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.
79
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
80
Modes d’action des protéines de transport (suite)
P
P
P
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
81
Modes d’action des protéines de transport (suite)
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
82
H+ K+ H+
HSO4-
HPO4=
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
Modes d’action des protéines de transport (suite)
83
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
84
Participation des mésosomes dans la division cellulaire chez les bactéries
5
4
3
2
1
85
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.)
86
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
87
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
88
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)
89
� 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
90
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
91
Structure de la double chaîne d’Acide
Désoxyribonucléique (ADN)
Structure du corps chromatinien (suite)
92
� 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 du corps chromatinien (suite)
93
Structure du corps chromatinien (suite)
94
Structure en double hélice de l’ADN bactérien
Structure du corps chromatinien (suite)
95
� 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 du corps chromatinien (suite)
96
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:
97
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
98
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
99
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)
100
2.6- La spore bactérienne
2.6.1- Généralités
2.6.2- Observation de la spore
2.6.3- Composition et structure
2.6.4- Rôle de la spore
101
2.6.1- Généralités
� 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
102
Cycle végétatif et cycle sporulation / germination
chez les bactéries
Genres sporulés***
BacillusClostridium
VibrioSpirillum
BetabacteriumSporolactobacillusDesulfatomaculum
ThermoactinomycesSporosarcina
103
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
104
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)
77
40
2030
0
9
65
70
50
15
8
105
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)
106
Composition et structure de la spore (suite)
� Au niveau de la paroi- Peut occuper jusqu’à 60% du volume de la
spore
- Plusieurs couches superposées
chromosome
cytoplasme
« membrane » sporale
tunique externe
cortex
tunique interne
exosporiumPar
oi s
pora
le
107
Composition et structure de la spore (suite)
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
108
� 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
Composition et structure de la spore (suite)
109
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.
110
� 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)
111
� 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)
Rôle de la spore: résistance (suite)
112
� 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
Rôle de la spore: résistance (suite)
113
� 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
114
Conclusion
� Les bactéries sporulées: problèmes dans l’industrie agroalimentaire (surtout conserves), àcause de la résistance de leurs spores aux traitements thermiques
115
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
116
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
117
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)
118
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)
119
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
1 2 3
120
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
Bac
térie
s à
Gra
m
posi
tif
Bac
térie
s à
Gra
m
néga
tif
121
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)
122
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)
123
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
124
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)
125
� 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
126
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.
127
� 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)
128
2.8- Reproduction des bactéries
2.8.1- Reproduction asexuée
- Scissiparité- Sporulation – Germination
2.8.2- Reproduction sexuée: conjugaison (voir
chapitre V)
129
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)
130
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.
131
� 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
132
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
133
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
134
Les 7 stades de la sporulation bactérienne
Stade I
Stade VII
Stade VI
Stade V Stade IV
Stade III
Stade II
135
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
136
Durée de germination
(min)
Évènement réalisépour 50% des spores
Évènement commençant
2
34
4,75
4,85
5
50
75
100
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
137
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
3- )
138
� 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)
139
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)
140
Chapitre III- Les microorganismes fongiques
� 3.1- Généralités, caractères généraux
� 3.2- Les levures
� 3.3- Les moisissures
� 3.4- Classification des microorganismes fongiques
141
141
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
142
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
143
Monde vivant
ProtistesMétaphytes Métazoaires
Fungi
(Champignons) Protozoaires
Protophytes
Bactéries
Algues bleu vert
Autres
algues unicellulaires
Protistes Inférieurs Protistes Supérieurs
Classification du Monde Vivant(d’après Langeron, 1945)
144
Eubactéri-ales
MycobacteriaMicroorganismes
fongiques
Algobacteria Algues bleu vert
Autres Algues unicel.
MollicutesRickettsiales
Protozoobacteria
Protozoaires
Vira
les
Place des micromycètes dansle monde microbien
SchizomycètesProtistes inférieurs
Ensemble des ProtistesEnsemble des microbes
Mon
de
iner
teM
étaphytes
Métazoaires
145
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
146
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)
1-5
Noyau
Membrane cytoplasmique
Paroi
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)
147
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
148
Champignons(Fungi , Mycètes)
Champignons macroscopiques
Champignons microscopiques(micromycètes;
microorganismes fongiques)
Moisissures Levures
(Unicellulaires)(Mycéliennes)
(du latin Fungus)
(du grec Mykes)
Les 3 catégories dechampignons
149
� 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
150
3.2.1- Généralités
� 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)
151
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
152
� 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
153
153
Structure eucaryote d’une cellule de
levure
154
mitochondries
Pro-mitochondries
mitochondries
aéro
bios
e
anaérobiose
Adaptation de l’état des mitochondries en fonction del’oxygénation chez la levure
155
� Reproduction asexuée- Bourgeonnement
- Autres modes de reproduction asexuée � Reproduction sexuée- Conjugaison
- Sporulation
3.2.4- Reproduction
156
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
157
Cicatrice de bourgeonnement
Bourgeonnement de la levure
Bourgeon
158
� Autres modes de reproduction asexuée
- Scissiparité: ex.: Schizosaccharomyces
- Sporulation asexuée: formation de spores variées (chlamydospores, arthrospores, blastospores, ballistospores, etc.)
Reproduction asexuée (suite)
159
� 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
160
Exemple de cycle biologique d’une levure
asque
Ascospore a
Ascospore α
germination
germination
1- bourgeonnement
2- conjugaison
3- sporulation
161
� 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)
162
� 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
163
3.3.1- Généralités
� 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)
164
� 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
165
Rhizoctonia violaceasur carottes
Aspergillus Penicillium
Diverses moisissures sur fruits
Cultures en boîte de Petri
166
Structure filamenteuse (mycélienne) des moisissures
167
Structure filamenteuse des moisissures
Filaments cloisonnés(champignons supérieurs)
Filaments non cloisonnés(champignons inférieurs)
168
� 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
169
. 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)
170
Sporocystes avec sporangiospores à
l’intérieur
Sporocystes ouvert à maturité pour
libérer les spores
171
� 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
173
Aspergillus
Têtes conidiennesd’Aspergillus
a: monsériée
b: bisériée
Aspergillus sp.
Aspergillus glaucus chevalieri
Aspergillus echinulatus
174
Fusarium
Macroconidies et microconidies de
Fusarium
Fusarium oxysporum(micro- et
macroconidies
MicroconidiesMacroconidies
175
Alternaria
Alternaria: conidiophore, microconidies et macroconidies
Alternaria alternata
176
. Autres types de spores
Chlamydospores
Fusarium oxysporum Phytophtora sp.
Arthrospores
(Rôle de résistance)
Geotrichum candidumGeotrichum sp.
177
� Reproduction sexuée
- Champignons supérieurs (filaments cloisonnés). Cas des Ascomycètes . Cas des Basidiomycètes
- Champignons inférieurs ou Phycomycètes (filaments non cloisonnés)
. Formation de zygospores
178
Ascospores
asque
ascospores
179
Basidiospores
180
Zygospores
zygospore
181
3.3.4- Classification des microorganismes fongiques
moisissure
Mycélium non cloisonnécloisonné
Champ. supér. Champ. infér.
Rep. sexuée
Non Oui
Fungi imperfecti
Basidio-
spores
Asco-
spores
PhycomycètesAscomycètes Basidiomycètes
Champignons parfaits
182
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
183
� 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
184
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)
185
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
186
- 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)
187
Particule virale
Cellule hôte
Cellule modifiéegénétiquement
(danger ou bénéfice)
Cellule affectée(maladie ou
mort)
infection
Maladie Hérédité
Résultats de l’infection virale
d’une cellule hôte
188
� 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
189
� 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
190
Types de symétrie chez les virus
icosaédrique
Hélicoïdale (avec
enveloppe)
mixtehélicoïdale
191
192
Virus à structure hélicoïdale
Acide nucléique
Capside
193
Formes et tailles des virus
(virus à ADN)
194
Formes et tailles des virus
(virus à ARN)
195
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)
ou
196
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)
197
Virus de la grippe Virus du SIDA
Virus de la mosaïque du tabac
Exemples de formes et de structures de virus
198
� 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
199
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
irus
anim
aux
et v
égét
aux
(exe
mpl
es)
Retrovirus: virus à ARN, qui se répliquent par l’intermédiaire de
l’ADN (rôle de la réverse transcriptase)
200
virus
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)
201
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
IV.5.3- Conséquences pratiques
202
ARNss ds
MS2; Qβ Φ6
ADN
ss ΦX174fd; M13
ADN
ds T3; T7 Lambda; T5
MuT2; T4
IV.5.1- Diversité des phages
203
Particule virale
Chromosome bactérien
ADN phagique
Adsorption
Injection de l’ADN
INFE
CTION LYT
IQUELYSO
GENIE
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
204
� 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
205
206
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
207
L’infection lytique
� 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
208
Attachement du phage T4
d’Escherichia coli et injection de l’ADN phagique
A
B
C
D
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
209
L’infection lytique
- 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
210
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
211
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.
212
IV.5.3- Conséquences pratiques
- 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
213
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
214
Chapitre V- Eléments de génétique bactérienne
V.1- Généralités
V.2- La mutation génétiqueV.3- Transferts et recombinaisons génétiques
215
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
216
Généralités (suite)
� 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
217
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)
218
Généralités (suite)
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 ???
219
� 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
220
� 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
Transcription: ADN ARNm
Traduction: ARNm Protéine
221
� Mécanismes (suite)
� 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
Transcription: ADN ARNm
A A T G T G C C A C G A
222
� Mécanismes (suite)
� 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
T C G
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
223
� Mécanismes (suite)
� 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
Transcription: ADN ARNm
Traduction: ARNm Protéine
stop
224
� Mécanismes (suite)
� 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
Transcription: ADN ARNm
Traduction: ARNm Protéine
Cys Ile
225
� 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
226
� 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)
227
� 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
228
� Transformation
� Découverte: expériences de Griffith (1928) et d’Avery (1941) sur les Pneumocoques (voir § 2.5.1)
229
� 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)
230
� 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
231
� 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
232
� 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
Culture sur milieu minimum
Culture sur milieu minimum
mélangeA & B
-Souche sauvage prototrophe: Escherichia coli K12
- A et B: doubles mutants auxotrophes
233
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
�Conjugaison (suite)
234
� 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
235
�Conjugaison (suite)
- 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
236
�Conjugaison (suite)
- 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
237
� 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
�Conjugaison (suite)
238
� 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
�Conjugaison (suite)
239
. On peut provoquer cet arrêt après des durées variables et analyser les caractères transmis: établissement de cartes génétiques
�Conjugaison (suite)
30’
40’
20’
10’
80’
70’
60’50’
Thr Leu Pro
Lac
Gal
HisSer
Smr
Met
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
240
� 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
241
�Transduction (suite)
242
�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
243
244
� 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
245
� 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
246
�Transposition