Université Mohammed V Agdal SVI – Cour Microbiolog Préparé Laboratoire de Microbiologie et Biolog Tél. (212) 37 77 54 61, e- Pr El Bekkay Autom Faculté des Sciences Rabat – S3 rs de gie Générale é par gie Moléculaire, B.P. 1014, Rabat – Maroc. -mail: [email protected]y BERRAHO mne 2009
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Université Mohammed V Agdal
SVI –
Cours de
Microbiologie Générale
Préparé par
Laboratoire de Microbiologie et Biologie Moléculaire, B.P. 1014, Rabat
Tél. (212) 37 77 54 61, e-
Pr El Bekkay BERRAHO
Automne 2009
Faculté des SciencesRabat
– S3
Cours de
Microbiologie Générale
Préparé par
Laboratoire de Microbiologie et Biologie Moléculaire, B.P. 1014, Rabat – Maroc.
flavoprotéines ferroprotéinesMétalloprotéines (Cu ou Mo) cytochromes hydrogénases
conséquence de cette respiration :conséquence de cette respiration :
création de part et d'autre de la membrane d’une ddp
création de part et d'autre de la membrane d’une ≠ de pH
gradient électrochimique de protons
force protomotrice
force protomotrice=
Energie électrique transmembranaire
∆µ∆µ∆µ∆µH+ = F∆ψ∆ψ∆ψ∆ψ - 2,3 RT
2. 2. Phosphorylation oxydative
Chez E. coli :
- Le ∆Ψ est à l’origine d’un champsmV (l'extérieur étant le côté positif)
- Le ∆pH est d’environ 2 unités
2. 2. Phosphorylation oxydative
Au niveau de la membrane, l'ATP estATP-synthétase) utilisant la forcerespiratoire.
Cette ATP-synthétase est constituée
force protomotrice
Energie électrique transmembranaire
2,3 RT ∆∆∆∆pH
champs électrostatique d’environ 70positif).
(l'extérieur étant plus acide).
est synthétisée par une H+-ATPase (ouforce protomotrice crée par la chaîne
constituée de deux parties distinctes:
Ces ATP-synthétases sont aussi appelées
la partie F0: une protéine intégralemembrane en créant un canal à protons
la partie F1: une protéine périphériquecôté du cytoplasme,
�
�
Conséquence de la respiration et de la phosphorylation oxydative
Ces ATP-synthétases sont aussi appeléessemblables chez les mitochondries,
� une énergie chimique : ATP
� une énergie électrique transmembranaire: ∆ µH
2. 3. Transport
appelées F1, F0-ATP-ase et sont toutes
intégrale (intrinsèque) qui traverse laprotons.
périphérique (extrinsèque) localisée du
Conséquence de la respiration et de la phosphorylation oxydative
appelées F1, F0-ATP-ase et sont toutesmitochondries, les chloroplastes et les bactéries..
une énergie chimique : ATP
une énergie électrique transmembranaire: ∆ µH+
Substancesliposolubles Glycérol
B.P
MaltoseGlutamine Glucose
Substancesliposolubles
Glycérol
Transport actif primaire
MaltoseGlutamine
Transport sensibleAu choc osmotique.Transporteur mobile
(Binding protein)
Glucose6-
Système PTS:Protéines membranairesProtéines cytoplasmiques
D~P
D+Pi
Simple Facilité
Transport passifTransport passif
���� Pas d’accumulation de substrat
���� Pas besoin d’énergie
ATP
Transport actif primaireou chimio-osmotique
II
GlucoseProlineLactoseH+MélibioseNa+
Transport actif primaire
III
Glucose--P
PEP
Pyruvate
Système PTS:Protéines membranairesProtéines cytoplasmiques
Transport actif secondaire
ProlineLactoseH+
MélibioseNa+
SymportMélib/ Na+
SymportLact/ H+
Transport actifTransport actif
���� Accumulation de substrat
���� Besoin d’énergie
∆µH+
Transport actif primaireosmotique
Transport actif secondaireou osmo-osmotique
a. Transport passif
� Suit le gradient de concentration avecentre les concentrations intra et extracellulaires
� Ne nécessite aucune énergie et n'entraîne♠
Transport simple:
b. Transport actif
Concerne les substances liposolublessubstances traversent la membrane
♠
Transport simple:
♠
Transport facilité:
Concerne les molécules de tailletravers une protéine membranaire(
b. Transport actif
� Se fait contre le gradient de concentrationvers le plus concentré.
� Nécessite une énergie et entraîne
avec la tendance d'établir un équilibreextracellulaires d'un substrat donné.
n'entraîne aucune accumulation.
liposolubles et de petites tailles. Cesmembrane sans l'aide d'aucune protéine.
taille relativement importante et se fait àmembranaire( facilitateur).
concentration c-à-d du moins concentré
entraîne une forte accumulation du substrat
♠
Transport actif primaire ou chimio osmotique
� sensible au choc osmotique
� fait intervenir l'ATP comme source d'énergie
et plusieurs protéines de transport différentes:et plusieurs protéines de transport différentes:
au moins une, traverse la membrane pour former un canal
les autres font partie soit(porines et protéines mineures)périplasmique (protéines deencore des protéines solubles
chimio osmotique
fait intervenir l'ATP comme source d'énergie
plusieurs protéines de transport différentes:plusieurs protéines de transport différentes:
au moins une, traverse la membrane pour former un canal
soit de la membrane externemineures) soit de l'espaceliaison ou binding protein) ou
solubles du cytoplasme.
Ex.1. transport du maltose chez
Maltose
protéinesMal F & G
Signal dechimiotaxieHydrolyse et
métabolisme
Protéine Mal K
Ex.1. transport du maltose chez E. coli
Lam B extérieur
membrane externe
éspacepériplasmique
membrane
Mal E: Binding protein
Mal Tar
membrane cytoplasqmique
cytoplasmeSignal dechimiotaxie
Ex.2. transport des sucres par le système PTS (= Systèmes Phosphotransférases)
� Un type de transport actif primaire (
� Concerne en particulier les sucresmannitol, N-acétylglucosamine et
� La caractéristique de ce transportqui a lieu au niveau de la membrane
� La source d'énergie chimique = phospho
Chez E. coli, le système PTS est composé
♣ Les protéines cytoplasmiques, communesI et prot. Hpr, toutes les deux sont
♣ Les protéines membranaires : �
�
Ex.2. transport des sucres par le système PTS (= Systèmes Phosphotransférases)
Un type de transport actif primaire (≈ transport par translocation)
sucres (glucose, mannose, fructose,et quelques ß-glucosides)
transport c’est la phosphorylation du substratmembrane cytoplasmique
phospho-énol-pyruvate (PEP)
composé de deux types de protéines:
communes à tous les systèmes PTS, prot.sont solubles dans le cytoplasme.
� la prot. II
� la prot. III
Protéines cytoplasmiquesProtéines membranaires
Transport des sucres par le système PTS (= Systèmes Phosphotransférases)
Prot.II(glucose) Prot.III Hpr
Prot.III-P
Mannitol
(glucose) Hpr
Glucose
Protéines cytoplasmiques
Transport des sucres par le système PTS (= Systèmes Phosphotransférases)
hpr
Prot.IHpr -P
Mannitol-1- phosphate Métabolisme
PEP
Prot.I-P Pyruvate
Hpr -P
Glucose–6-phosphate
Métabolisme
Glycolyse
♠
Transport actif secondaire ou osmo osmotique
� fait intervenir le (∆µH+) comme source d'énergie,
� plus souvent une seule protéine de transport,
� caractérisé par le fait que la pénétration du substrat est coupléeà celle d'un proton,à celle d'un proton,
Ex. Transport du lactoseChez E. coli
extérieur
intérieur
les deux éléments sont véhiculés par une protéine intrinsèque (perméase lac y),
la synthèse de cette perméase est induitemilieu extracellulaire ( voir plus loin S6).
osmo osmotique
) comme source d'énergie,
plus souvent une seule protéine de transport,
caractérisé par le fait que la pénétration du substrat est couplée
LactoseH +
extérieur
intérieur
les deux éléments sont véhiculés par une protéine intrinsèque (perméase lac y),
induite par la présence du lactose dans le
LactoseH +
♠
Méthodes d'étude du transport chez les bactéries
Bactérie+
Substance X 14Ct0 Filtration+
Substance X 14C
[C1]
t0 Filtration
t1 Filtration
t2 Filtration
.
.
.
.
.
.
.
.tx Filtration
. .
Méthodes d'étude du transport chez les bactéries
Filtration
Quantité de la radioactivitédans la bactérie
Q0Filtration
Filtration Q1
Filtration
dans la bactérieQ0
Q2....
Filtration Qx
.
Quantité de la radioactivitédans la bactérie
Q max 1 [C1] Q max 2
Temps
Q max 4
Q max 3 [C3]
Temps
Q max 3 [C3]
Q max 2 [C2]
Temps
Q max 4 [C4]
Temps
Q x
.
[S]
intr
acel
lula
ire Transport actif
Q 1
Q 2
.
.
.
[S]
intr
acel
lula
ire
OU
[S] extracellulaire
Co C1 C2 . . .Q 0
Transport actif
Transport passif
[S] extracellulaire
. . Cx
Comment distinguer entre les différents types de transport actif ?
inhibiteurs métaboliques : Ce sontspécifique permettant d'éliminer unedéterminée.déterminée.
Les inhibiteurs de la chaîne respiratoirecytochrome oxydase.
☛
☛ Les inhibiteurs de l'ATPase membranaire(Dicyclohexylcarbodiimide) qui réagissent(Dicyclohexylcarbodiimide) qui réagissentla composante F0 de l'ATPase.
☛ Les inhibiteurs de l'ATP cellulairel'ATP intracellulaire.
Comment distinguer entre les différents types de transport actif ?
des substances chimiques à actionune source d'énergie cellulaire bien
respiratoire: cyanure qui inhibe la
membranaire : azoture (1mM) et le DCCDréagissent de manière covalente avecréagissent de manière covalente avec
cellulaire: arséniate: analogue du Pi qui épuise
☛ Les inhibiteurs du gradient électrochimiquecomposantes.
ionophores
substances chimiques qui s'intercalent dans la double couche lipidique de la membrane, créant des pores à travers lesquels
vont passer des ions.vont passer des ions.
� le 2,4-DNP (2,4-Dinitrophénol)découple la phosphorylationtotalité.
� la valinomycine et la monoactinequi permettent à ce cationqui permettent à ce cationentraîne un équilibre desfaces de la membrane, ce
� la nigéricine: ionophore qui réduit le ∆pH en échangeant le K+ contre H+.
électrochimique (∆µH+) ou de l'une de ses
ionophores
substances chimiques qui s'intercalent dans la double couche lipidique de la membrane, créant des pores à travers lesquels
vont passer des ions.vont passer des ions.
Dinitrophénol): ionophore à protons quiphosphorylation oxydative et inhibe le ∆µH+ en
monoactine: ionophores à potassium (K+)cation d’entrer dans la cellule, ce quication d’entrer dans la cellule, ce qui
des charges positives sur les deuxce qui affecte spécifiquement le ∆ψ.
la nigéricine: ionophore qui réduit le ∆pH en échangeant le K+
IV. Cytoplasme
une solution de sels minéraux et de composés solubles de nature lipoprotéique , de nucléoprotéines et de lipides
hydrogel colloïdal composé de:
lipoprotéique , de nucléoprotéines et de lipides
� les ribosomes et les acides ribonucléiques qui leur sont associés
7 < pH < 7.2
Les principaux constituants du cytoplasme sont:
� matériel héréditaire,
� les substances de réserve
� certains organites spécialisés
une solution de sels minéraux et de composés solubles de nature lipoprotéique , de nucléoprotéines et de lipides lipoprotéique , de nucléoprotéines et de lipides
les ribosomes et les acides ribonucléiques qui leur sont associés
Les principaux constituants du cytoplasme sont:
certains organites spécialisés
1. Ribosomes
Granulations sphériques qui occupent tout le cytoplasme,
Coefficient de sédimentation est de 70 S, PM = 3.10
Constitués exclusivement d'ARN (63%) et de protéines (37%) Constitués exclusivement d'ARN (63%) et de protéines (37%)
Ces particules peuvent se dissocier
� La grande sous unité 50 S de PM= 2.1023 S et 5 S et de protéines L (Large = grande);
� la petite sous-unité 30 S de PM= 10� la petite sous-unité 30 S de PM= 1016 S et de protéine S (Small = petit).
Les deux sous unités sont reliéesliaisons ARN - protéine et protéine
Structure en chapelets qu'on appelle
Granulations sphériques qui occupent tout le cytoplasme,
Coefficient de sédimentation est de 70 S, PM = 3.106 daltons
Constitués exclusivement d'ARN (63%) et de protéines (37%) Constitués exclusivement d'ARN (63%) et de protéines (37%)
dissocier en deux sous-unités:
a grande sous unité 50 S de PM= 2.106 daltons, constituée d'ARN 23 S et 5 S et de protéines L (Large = grande);
unité 30 S de PM= 106 daltons, constituée d'ARN unité 30 S de PM= 106 daltons, constituée d'ARN 16 S et de protéine S (Small = petit).
reliées entre elles par l'intermédiaire deprotéine - protéine.
appelle polysomes.
2. Granulations et substances de réserve
Amidon et glycogène
Acide poly ß-hydroxybutirique
Granulations métachromatiques
- soufre chez les thiobactéries
- oxyde de fer (Fe- fer chez les sidérobactéries
3. Chromatophores et pigments
inclusions de
Chez les bactéries photosynthétiques,
Dont l'ultrastructure est différente de celle des chloroplastes desvégétaux supérieurs.
Leurs pigments photosynthétiques = des bactériochlorophylles.
Granulations et substances de réserve
Corynebacterium diphterieae
hydroxybutirique
Granulations métachromatiques
soufre chez les thiobactéries
oxyde de fer (Fe3O4): bactéries << magnétiques >>.fer chez les sidérobactéries
Chromatophores et pigments
Chez les bactéries photosynthétiques, chromatophores
Dont l'ultrastructure est différente de celle des chloroplastes desvégétaux supérieurs.
Leurs pigments photosynthétiques = des bactériochlorophylles.
Halobacterium halobium
� vitamine K2 chez Bacillus subtilis
� caroténoïde, protecteur anti-UV, chez les corynébactéries
bactériorhodopsine
Certains pigments confèrent aux colonies bactériennes une teintecaractéristique:
� Zeaxanthène, pigment jaune chez
� pyocyanine, pigment ayant une activité antibiotique, chezChromatobacterium violaceum ;
� pyocyanine bleue et pyoverdine bleuaeruginosa.
� Zeaxanthène, pigment jaune chez
� Xantophylle, pigment rouge chez Sarcina
subtilis;
UV, chez les corynébactéries;
bactériorhodopsine
Certains pigments confèrent aux colonies bactériennes une teintecaractéristique:
Zeaxanthène, pigment jaune chez Staphylococcus aureus;
pyocyanine, pigment ayant une activité antibiotique, chez
pyocyanine bleue et pyoverdine bleu-vert fluorescent chez Pseudomonas
Zeaxanthène, pigment jaune chez Staphylococcus aureus;
Sarcina;
V. Matériel héréditaire
1. Chromosome bactérien
� filament unique, continu et circulaire, formé d'une double chaîne d'ADN
PM 3.10 da, avec environ 5.10 paires de bases
� dans la cellule, la molécules d’ADNet finement entrelacées, donnant unenucléoïde.
� toute l’information génétique estforme d’un code bien déterminé / la
� PM ≈ 3.109 da, avec environ 5.106 paires de bases
forme d’un code bien déterminé / la
� Par le processus de la transcription,fidèlement sous forme d'un ARNprocessus de la traduction, enformeront les protéines de structure
filament unique, continu et circulaire, formé d'une double chaîne d'ADN
paires de bases
d’ADN est formée de boucles resserréesune structure compacte mais fragile =
stockée au niveau de l'ADN soussuccession des nucléotides,
paires de bases
succession des nucléotides,
transcription, le message est copiémessager puis exprimé, par leséquences polypeptidiques qui
structure et les enzymes.
� l'information génétique auspontanément (faible fréquence) ou
Agents chimiques : acide nitreux
2. Plasmides
� éléments génétiques extra-chromosomiques
� petite taille (1/100ème environ da la taille du chromosome)� petite taille (1/100ème environ da la taille du chromosome)
� structure torsadée (super enroulée)
� leur nombre varie de 1 à 100/ cellule
� 0.5 106 < PM < 400 106,
niveau de l'ADN peut changerou artificiellement par mutagenèse
nitreux ou physique : UV
chromosomiques capables d'autoreproduction
petite taille (1/100ème environ da la taille du chromosome)petite taille (1/100ème environ da la taille du chromosome)
structure torsadée (super enroulée)
leur nombre varie de 1 à 100/ cellule
Rôles des plasmides:
� Résistance aux antibiotiques (streptomycine, tétracycline,chloramphénicol).
� Résistance aux métaux lourds comme le Hg, cd, pb
� Intervention dans la production des substances à rôle pathogène.
� Intervention dans la production de bactériocines.
� Résistance aux métaux lourds comme le Hg, cd, pb
� Intervention dans la dégradation
� Intervention dans la production de bactériocines.
Résistance aux antibiotiques (streptomycine, tétracycline,
Résistance aux métaux lourds comme le Hg, cd, pb
Intervention dans la production des substances à rôle pathogène.
Intervention dans la production de bactériocines.
Résistance aux métaux lourds comme le Hg, cd, pb
dégradation de certains composés aromatiques
Intervention dans la production de bactériocines.
VI. Eléments inconstants
1. Capsule
� Couche organique visqueuse élaborée par certaines bactéries dans certaines conditions de culture,
Généralement, elle entoure une cellule bactérienne.� Généralement, elle entoure une cellule bactérienne.
a. Composition chimique
� souvent polyholosidique, quelquefois polypeptidique,
� chez le pneumocoque (Gram-), la capsule est polyholosidique formée de longues chaînes d'acides aldobioniques,
Couche organique visqueuse élaborée par certaines bactéries certaines conditions de culture,
Généralement, elle entoure une cellule bactérienne.Généralement, elle entoure une cellule bactérienne.
souvent polyholosidique, quelquefois polypeptidique,
), la capsule est polyholosidique formée de longues chaînes d'acides aldobioniques,
Acide uronique
O
COOH
OHH
OHH
HO
HO
β(1-4)
� selon les espèces et les souches bactériennes, la nature chimique de la capsule peut varier au niveau:
- acide glucuroniquedes acides uroniques:
- acide galacturonique
Acide uronique
Acide aldobionique
- acide glucuronique
-acide cellobiuronique, …
� des acides uroniques:
� des oses: - galactose- glucose
-rhamnose, …
O4)
Ose
O
CH2OH
O
OH
OHH
H
H
selon les espèces et les souches bactériennes, la nature chimique de la capsule peut varier au niveau:
acide glucuronique
acide galacturonique
Ose
Acide aldobionique
acide glucuronique
acide cellobiuronique, …
galactoseglucose
rhamnose, …
La capsule est également de nature polyholosidique chez de nombreuses bactéries Gram- :
Klebsiella pneumoniaeE. Coli
Chez les Gram+, les constituants capsulaires sont de nature polypeptides, constitués d'un seul acide aminé: l'acide D
Bacillus megateriumBacillus anthracis
constitués d'un seul acide aminé: l'acide D
b. fonctions
� Support de propriétés physiopathologiques et immunologiques,� Support de propriétés physiopathologiques et immunologiques,
� véritables facteurs de virulence,
� protège la bactérie contre la phagocytose,
La capsule est également de nature polyholosidique chez de
Klebsiella pneumoniae Hemophilus influenzae
, les constituants capsulaires sont de nature polypeptides, l'acide D-glutamique.
Bacillus megaterium Bacillus subtilis
l'acide D-glutamique.
Support de propriétés physiopathologiques et immunologiques,Support de propriétés physiopathologiques et immunologiques,
véritables facteurs de virulence,
protège la bactérie contre la phagocytose,
� support d’antigénicité:
La nature des polyholosides constitutifsleur enchaînement, déterminent la spécificité
70 types sérologiques sont actuellementpneumocoques.pneumocoques.
� dans environnement, la capsule protège la bactérie contre:
� la dessiccation.
� le pouvoir agressif des agents chimiques et physiques.
empêche la fixation des bactériophages sur la bactérie.� empêche la fixation des bactériophages sur la bactérie.
2. Flagelles ou cils
2 types de mouvement:
constitutifs de la capsule et despécificité sérologique.
actuellement reconnus chez les
dans environnement, la capsule protège la bactérie contre:
le pouvoir agressif des agents chimiques et physiques.
empêche la fixation des bactériophages sur la bactérie.empêche la fixation des bactériophages sur la bactérie.
Chez les spirochètes, mouvement
Chez les myxobactéries: déplacement par glissement,
Chez les eubactéries et lespar des organes locomoteurs
Chez les spirochètes, mouvement
Spirochaeta zuelzerae
mouvement assuré par un filament axial.
Chez les myxobactéries: déplacement par glissement,
spirochètes, mouvement assuréspécialisés,
mouvement assuré par un filament axial.
Spirochaeta zuelzerae
Invisibles en microscopie optiqueévidence par des colorations spécifiques.
Chez les eubactéries, la mobilité est assurée par des flagelles.
Proteus mirabilis
Invisibles en microscopie optique, mais peuvent être mis en évidence par des colorations spécifiques.
Chez les eubactéries, la mobilité est assurée par des flagelles.
En microscopie électronique, ils apparaissentsimples, filamenteux, sinueux, généralementelle même, de l'ordre de 6 à 20 µm.
Methanococcus jannaschii
apparaissent sous forme d'organitesgénéralement plus long que la bactérie
Alcaligenes eutrophus
on distingue deux principaux types d'insertion:
Insertion polaire:�
Le nombre et le mode d'insertionconstituent un critère de classification
Monotriche
Amphitriche
Lophotriche Lophotriche
Insertion péritriche :�
on distingue deux principaux types d'insertion:
d'insertion des flagelles sur la bactérie,classification.
Flagelle constitué d’une protéine,flagelline qui fait partie de la famille
La croissance du flagelle estbase, mais par un prolongementbase, mais par un prolongement
En effet les molécules decytoplasme, traversent la parties’additionnent à l’extrémité terminale
Ce processus de synthèselorsqu’une fraction de l’extrémité
La destruction de la paroi parformation de protoplaste ou sphéroplaste
lorsqu’une fraction de l’extrémitérégénérée.
protéine, de PM de 30 à 40 Kda, lafamille des Kératomyosines.
assurée non pas à partir de laprolongement de l’extrémité.prolongement de l’extrémité.
de flagelline formées dans lepartie centrale creuse du flagelle et
terminale.
est appelé auto-assemblage etl’extrémité est brisée, elle est
par des lysozymes aboutit à lasphéroplaste cilié.
l’extrémité est brisée, elle est
Lyzosyme
(détruit les
Bacille cilié
� Origine du cil est au niveau du cytoplasme et non pas la paroi.
� Microscopie électronique montreparoi et prend racine dans le cytoplasmebasal de structure complexe, lié
Bacille cilié
Ce corps basal comprend deuxest lié à la membrane cytoplasmique,chez les bactéries Gram- , est lié
����
basal de structure complexe, lié
Lyzosyme
(détruit les β(1-4))
Protoplaste ou sphéroplaste
Origine du cil est au niveau du cytoplasme et non pas la paroi.
montre que le flagelle traverse lacytoplasme au niveau d’un granulelié à l’enveloppe bactérienne.
Protoplaste ou sphéroplastecilié
anneaux protéiques, le plus internecytoplasmique, le plus externe visible surtout
lié aux LPS et au peptidoglycane.
lié à l’enveloppe bactérienne.
� Le déplacement est assuré par rotation du flagelle à la manière d'une hélice.
L'énergie nécessaire au mouvementélectrochimique de protons.
�
� Autres fonctions du flagelle� Autres fonctions du flagelle
� Chimiotactisme
sucres et acides aminés les attirent
phénols, acides et bases les repoussent
La réponse cellulaire vis-à-vis degradient d'informations transmis degradient d'informations transmis dela cellule par l'intermédiaire de récepteurs
Les récepteurs par lesquels la bactériesubstance dans son environnementpariétales et/ou périplasmiques.
Le déplacement est assuré par rotation du flagelle à la manière
mouvement provient du gradient
sucres et acides aminés les attirent chimiotaxie positive
phénols, acides et bases les repoussent chimiotaxie négative
ces substances serait due à unde l'extérieur vers l'intérieur dede l'extérieur vers l'intérieur de
récepteurs chimiques.
bactérie perçoit la présence d'uneenvironnement sont des protéines spécifiques
� Propriétés antigéniques
La spécificité des antigènes flagellaires repose sur le nombre et la séquence des acides aminés de la flagelline.
Ces différences ont été exploitéesimmunologique des types bactériensSalmonella par Kauffman & Withe)Salmonella par Kauffman & Withe)
3. Pili et fimbriae
fréquents chez les Gram-, rares chez les Gram�
appendices filiformes différentes des flagelles, �
les Pili communs (de type I)☛ les Pili communs (de type I)☛grand nombre autour de la bactérie (100�
courts, rigides et cassants,�
rôle dans l'adhérence des bactéries Gram�
La spécificité des antigènes flagellaires repose sur le nombre et la séquence des acides aminés de la flagelline.
exploitées pour la caractérisationbactériens (Ex. classification des
Withe).Withe).
, rares chez les Gram+.
appendices filiformes différentes des flagelles,
grand nombre autour de la bactérie (100aine),
rôle dans l'adhérence des bactéries Gram- sur les cellules eucaryotes.
les Pili sexuels☛
Sont plus longs, se terminent par un renflement.�
Leur nombre varie de 1 à 4 /cellule.�
jouent un rôle important dans le transfert du matériel héréditaire � jouent un rôle important dans le transfert du matériel héréditaire entre deux bactéries par le phénomène de conjugaison
�
� à l'extrémité renflée de ces pili, peuvent se fixer certains phages et injecter leur matériel génétique par le canal du pili.
En fin, l’analyse chimique de ces pili a montré qu’ils sont constitués d'une protéine appelée piline d'un PM ≈ 17000 daltons, associant des
Ces dernières se dissocient par chauffage ou par traitement acide, et peuvent reformer à froid et à pH neutre la structure protéique originale.
d'une protéine appelée piline d'un PM ≈ 17000 daltons, associant des sous unités.
Sont plus longs, se terminent par un renflement.
Leur nombre varie de 1 à 4 /cellule.
jouent un rôle important dans le transfert du matériel héréditaire jouent un rôle important dans le transfert du matériel héréditaire entre deux bactéries par le phénomène de conjugaison.
à l'extrémité renflée de ces pili, peuvent se fixer certains phages et injecter leur matériel génétique par le canal du pili.
En fin, l’analyse chimique de ces pili a montré qu’ils sont constitués d'une protéine appelée piline d'un PM ≈ 17000 daltons, associant des
Ces dernières se dissocient par chauffage ou par traitement acide, et peuvent reformer à froid et à pH neutre la structure protéique
d'une protéine appelée piline d'un PM ≈ 17000 daltons, associant des
La nutrition La nutrition
bactérienne
La nutrition La nutrition
bactérienne
Pour vivre et se multiplier
Eléments nutritifs de base =
milieu minimum :� Eau
� Source d'énergie
� Source de carbone� Source d'azote� Eléments minéraux� Eléments minéraux
Cependant, l'apport de nutriments supplémentaires est nécessaire
groupes nutritionnels = types trophiques
Eléments nutritifs de base = Besoins élémentaires
Eau
Source d'énergie
Source de carboneSource d'azoteEléments minérauxEléments minéraux
Cependant, l'apport de nutriments supplémentaires est nécessaire
types trophiques
� La source de carbone
Selon la nature de cet élémentjusqu'à 50 % de la cellule,
� Besoins élémentaires
� Les autotrophes:Bactéries capables de se développer en(milieu minimum – source de carbone),
le CO2 étant l'unique source de carbone.
� Les hétérotrophes:
NB. Parmi les hétérotrophes, certainesstrictes. Ex. Pseudomonas methanicale méthanol.
� Les hétérotrophes:
Bactéries exigeant des composés organiques
La source de carbone
élément essentiel pouvant constituer
Bactéries capables de se développer en milieu purement minéral
le CO2 étant l'unique source de carbone.
certaines espèces ont des exigencesmethanica n'utilise que le méthane ou
composés organiques.
� La source d'énergie
� Les phototrophes ou photosynthétiques
Energie à partir des rayons lumineuxEnergie à partir des rayons lumineux
� La turbidimétrie: consiste à mesurer le trouble bactérien.
1. Mesure du nombre de cellules
Nombre de cellules totales
Dispositif électronique (Compteur Coulter)
viables
(P. frais d'1 bact.= 1,5 10-12 g)
Dosage de l'azote total (14% du poids sec).
: consiste à mesurer le trouble bactérien.
La turbidimétrie
Une suspension cellulaire, traversée par un rayon lumineux, disperse la lumière (absorbe) et la quantité transmise est réduite par rapport à la quantité émise.
Ceci est mesuré à l'aide d'un spectrophotomètre.
La turbidimétrie
Une suspension cellulaire, traversée par un rayon lumineux, disperse la lumière (absorbe) et la quantité transmise est réduite par rapport à la
Ceci est mesuré à l'aide d'un spectrophotomètre.
Cuve à spectrophotomètre
I0 I………………
..
..
.. ....
………………
..
. . . .........
Source de lumière
…………
... . .
....
…………
. . . ...
Lumière réfléchie(absorbée)
∑ =l = distance traversée par le rayon (1 cm)l = distance traversée par le rayon (1 cm)
∑ et l sont constantes, donc
La longueur d'onde utilisée pour la suspension bactérienne est comprise entre 550 et 660 nm (
I < I0I < I0
Toute suspension bactérienne obéit à la Loi de Beer Lambert :
D.O = log I0 / I = ∑ l C = K C
∑ = constante d’absorbance = distance traversée par le rayon (1 cm)= distance traversée par le rayon (1 cm)
∑ et l sont constantes, donc DO proportionnelle à C
La longueur d'onde utilisée pour la suspension bactérienne est nm (spectre d'absorbance).
� Constantes et expression de la croissance
La croissance d'une bactérie est définie par 2 constantes:
� Le temps de génération
C'est le temps qui sépare 2C'est le temps qui sépare 2nécessaire au doublement de
G = t/nt = temps de croissance (connu) et n = nombre de divisions
� Le taux de croissance� Le taux de croissance
C'est le nombre de divisions par unité de temps.
µ= n/t donc
µ est exprimé en nombre de divisions/unité de temps
Constantes et expression de la croissance
La croissance d'une bactérie est définie par 2 constantes:
� Agents antimicrobiens: les antibiotiques� Agents antimicrobiens: les antibiotiques
10.1. Composition du milieu de culture
Le taux de croissance d'une bactérieLe taux de croissance d'une bactérie
Ex. Bacillus subtilis: µ = 0,3 div/hµ = 3 div/h
Facteurs influençant la croissance bactérienne
Composition du milieu de culture
chimiques: pH, température, oxygène
Agents antimicrobiens: les antibiotiquesAgents antimicrobiens: les antibiotiques
10.1. Composition du milieu de culture
bactérie dépend du milieu de culture:bactérie dépend du milieu de culture:
div/h sur milieu synthétiquediv/h sur bouillon nutritif.
µ
chez E. coli, µ augmente proportionnellement à la quantité de glucose jusqu'à une valeur à partir de laquelle il est inutile d’augmenter la
concentration du glucose (C optimale).
Cas de l’effet de la concentration
µ max
0 C1 C2 C3 C4
NB: Un substrat fourni en concentrationbactériostatique (arrêt de croissance) ou
augmente proportionnellement à la quantité de glucose jusqu'à une valeur à partir de laquelle il est inutile d’augmenter la
concentration du glucose (C optimale).
concentration du substrat carboné
[Glucose]C5
concentration trop élevée peut avoir un effetou bactéricide (mort des bactéries).
Substrat/rendement
En phase stationnaire, la biomasseproportionnelle à la concentration
Cette biomasse détermine le rendement:
R = X -C
avec: X0= P.S. des bact. à tX = P.S. des bact. phase stat.X = P.S. des bact. phase stat.C = Quantité substrat consommé
A la concentration optimale, le taux de croissance est optimal mais le rendement peut continuer à augmenter
Substrat/rendement
biomasse cellulaire est directementconcentration de la source de carbone.
Cette biomasse détermine le rendement:
- X0 x 100C
= P.S. des bact. à t0 (en g)X = P.S. des bact. phase stat.X = P.S. des bact. phase stat.C = Quantité substrat consommé
A la concentration optimale, le taux de croissance est optimal mais le rendement peut continuer à augmenter
� Effet du pH sur la croissance
La majorité des bactéries prolifèrentlégèrement alcalins. (tampons /exp
10.2. Facteurs physico-chimiques:
légèrement alcalins. (tampons /exp
Il existe des bactéries présentant
Certaines exigent des pH bas: oncas de Thiobacillus thiooxydans qui
Inversement, les bactéries qui exigentbasophiles exp: Vibrio a un pH optimalInversement, les bactéries qui exigentbasophiles exp: Vibrio a un pH optimal
Les bactéries ne se développantdites neutrophiles.
Effet du pH sur la croissance
prolifèrent en milieux neutres ou/exp: K2HPO4 et KH2PO4).
chimiques:
/exp: K2HPO4 et KH2PO4).
présentant des tolérances particulières au pH:
on parle de bactéries acidophilesqui a un pH optimal de l'ordre de 2
exigent un pH élevé sont dites desoptimal de 9exigent un pH élevé sont dites des
optimal de 9
qu'au voisinage de la neutralité sont
Les limites de température entre lesquelles les organismes vivants peuvent croître sont:
- 5°C : point de congélation de l'eau dans les cellules vivantes
� Effet de la température sur la croissance
- 5°C : point de congélation de l'eau dans les cellules vivantes
+ 80°C : thermolabilité des protéines et des acides nucléiques
Selon la température optimale de développement,
Types T° min
Psychrophiles -15°CPsychrophiles -15°C
Mésophiles 5 à 10°C
Thermophiles 40°C
A 37°C: G de E. coli est de 20 mn,
Les limites de température entre lesquelles les organismes vivants
C : point de congélation de l'eau dans les cellules vivantes
Effet de la température sur la croissance
C : point de congélation de l'eau dans les cellules vivantes
C : thermolabilité des protéines et des acides nucléiques
développement, on distingue:
T° opt T° max
+ 10°C + 20°C+ 10°C + 20°C
30 à 37°C 40 à 43°C
42 à 55°C 60 à 80°C
mn, A 42°C: G devient 50 mn
� Effet de la pression osmotique sur la croissance
La bactérie accumule dans le cytoplasme une concentration élevée en substrats
PO int > PO ext
Si forte augmentation de l'osmolarité du milieu extracellulaire
risque d’efflux d'eau
inhibition de processus vitaux: biosynthèse de macromolécules, réplication de l'ADN etc… : arrêt de croissance,
pour éviter cela, la bactérie doit ajuster sa pression osmotique interne à une valeur supérieure à celle du milieu externe,
C’est l’osmorégulation: accumulation de K+, d’acides aminés, sucres etc…
Effet de la pression osmotique sur la croissance
La bactérie accumule dans le cytoplasme une concentration élevée en substrats
PO ext
forte augmentation de l'osmolarité du milieu extracellulaire
risque d’efflux d'eau plasmolyse
inhibition de processus vitaux: biosynthèse de macromolécules, réplication de l'ADN etc… : arrêt de croissance,
la bactérie doit ajuster sa pression osmotique interne à une valeur supérieure à celle du milieu externe,
accumulation de K+, d’acides aminés, sucres etc…
Groupe Exemple
Selon ce pouvoir d’osmorégulation, on distingue 4 groupes de bactéries
� les espèces proches sont groupées� les espèces proches sont groupées
� les genres rapprochés sont réunis
� les familles présentant des similitudes
� les ordres apparentés sont rangés
� les classes semblables sont réunies
espèce,
groupées en un genre,groupées en un genre,
réunis en une famille,
similitudes forment un ordre,
rangés en une classe,
réunies en une division ou phylum.
Taxonomie = Systématique: scienceêtres vivants ainsi que les relations
Elle consiste à:
Caractériser les bactéries,� Caractériser les bactéries,
� Les classer sur la base de leur similitude,(genres, espèces...),
� Appliquer le code international
pour les nommer (Exp: Escherichia
� Identifier de nouveaux organismes
ou non à l’une des espèces connues
pour les nommer (Exp: Escherichia
science qui étudie la diversité desrelations qui existent entre eux.
similitude, en groupes ou taxons
de la nomenclature bactérienne
Escherichia coli),
organismes et déterminer leur appartenance
connues.
Escherichia coli),
L'unité taxonomique = l'espèce
• Une espèce biologique est un ensembleun haut degré de ressemblance phénotypique
Chez les organismes supérieurs, lal'interfécondité des individus: patrimoine
Or: bactéries = microorganismesvoie asexuée, généralement par division
Pour définir une espèce bactériennePour définir une espèce bactérienneamenés à fixer une limite arbitrairelaquelle deux types doivent êtredifférentes .
ensemble d'individus qui présententphénotypique.
la notion d'espèce est fondée surpatrimoine héréditaire.
microorganismes haploïdes, se reproduisant pardivision binaire.
bactérienne les taxonomistes sontbactérienne les taxonomistes sontarbitraire de différences à partir de
être classés en deux espèces
• LWOFF définit un biotype: "unmême patrimoine héréditairemajorité de leurs caractères".
• Le biotype dérive du clone• Le biotype dérive du clonebactérienne issue d'une mêmemultipliée par divisions binaires
• Cette population bactérienne issuebactérienne. Les individusidentiques sauf en cas de mutationidentiques sauf en cas de mutation
• Une espèce regroupe lesune grande similitude de caractères
"un groupe d'individus possédant lehéréditaire et ont en commun la grande
.
clone qui représente la populationclone qui représente la populationmême et unique cellule qui s'est
binaires.
issue d'un clone est appelée souched'une souche sont en principe
mutation.mutation.
souches bactériennes présentantcaractères.
� La taxonomie classique
� Critères morphologiques et structuraux
Insuffisants mais un premierCependant, certains caractères sont
� Critères biochimiques
�Fermentation des glucides /expVoges Prauskauer)
Cependant, certains caractères sont
Exp: les Gram+ âgés prennent l'aspect
Cas particuliers: catalases (H2O2)
� Dégradation des protéines /exp
� Dégradation des lipides
classique
Critères morphologiques et structuraux
regroupement simple et pratique,sont sujets à des variations:
la Fermentation du glucose (test
sont sujets à des variations:
l'aspect des Gram- (Bacillus subtilis)
et coagulases (plasma)
exp Dégradation de la peptone
� Critères immunologiques
Chaque sérotype étant un groupe deavec un même anticorps ou un groupe
L'établissement de la carte antigénique
� Critères de lysotypie
Le site de fixation est une protéine
Les souches du même sérotype peuvent
La fixation des bactériophagesbactérienne.
Le site de fixation est une protéine
Deux souches capables de fixer lescycles lytiques appartiennent auappartenir à la même espèce.
Si phage virulent: lyse bactérienne
de souches présentant une réactiongroupe d'anticorps.
antigénique = sérotypage.
protéine spécifique d'un phage.
peuvent appartenir à la même espèce
est liée à des sites sur la paroi
protéine spécifique d'un phage.
les mêmes phages et développant desau même lysotype et peuvent
(cycle lytique).
� La taxonomie moléculaire
Dans la taxonomie classique, l'étudequ'une information incomplètemorphologiques, biochimiques,traduisent qu'une faible proportiontraduisent qu'une faible proportion
C'est pourquoi une approchetaxonomie bactérienne. Elle concernechimique du génome bactérien.
� Le %GC ou le coefficient de Chargaff
� L'hybridation ADN / ADN
� L’analyse et séquençage des ARN ribosomaux
moléculaire
l'étude des phénotypes ne donneincomplète: les caractères
biochimiques, sérologiques etc… neproportion du génome.proportion du génome.
génétique est nécessaire enconcerne la nature physico-
Chargaff
L’analyse et séquençage des ARN ribosomaux
2.1. Le GC% ou le coefficient de Chargaff
La technique de Chargaff est baséedeux groupes de bases azotées (GCUV (260 nm).
Pour que deux souches soient considéréesà la même espèce, il faut que la
UV (260 nm).
Le coefficient GC% = nombre de100 couples de bases dans l'ADN de
Chez les bactéries, le GC% varie de 30 à 75 %
à la même espèce, il faut que laleur ADN soit inférieur à 5%.
Chargaff
basée sur l'évaluation quantitative des(GC et AT) en spectrophotométrie à
considérées comme appartenantla différence entre les GC% de
de couples (guanine+cytosine) pourde la bactérie étudiée.
Chez les bactéries, le GC% varie de 30 à 75 %
la différence entre les GC% de
Mais: si le %GC est une informationcomporte des limites:
Deux bactéries peuvent avoir le mêmeles mêmes séquences nucléotidiquestrès éloignées.très éloignées.
10 30 50
ADN bactérien : GC%
SteptococcusStaphylococcus
information importante en taxonomie, il
même %GC mais ne pas présenternucléotidiques et être donc génétiquement
70 90%
ADN bactérien : GC%
SteptococcusStaphylococcus
2.2. L’analyse des ADN ribosomaux
IGS
ADNr 16S
Promoteur
ADNr 23SADNr 16S5’
ADNr 23S
Outil phylogénétique répondant auxévolutive, en particulier la stabilité
Analyse du gène rDNA-16S
� Amplification et analyse dude restriction: PCR/RFLP
� Séquençage total ou partiel
2.2. L’analyse des ADN ribosomaux
3’
IGS
5S
Terminaison
ADNr 23S 3’5SADNr
ADNr 23S
aux critères nécessaires à une étudestabilité
du polymorphisme des fragments
partiel
M.m
ed
iterr
an
eum
R.t
rop
ici
M II
I
M II
I
R.e
tliB
.jap
on
icum
R.m
elil
oti
M.c
ice
riR
ch 2
4
Rch
98
68
Rch
98
13
Rch
98
41
Rch
98
65
Rch
98
5R
ch 9
84
21226 pb
1584 pb
3530 pb
21226 pb
Electrophorèse sur gel polyachrylamide du 16 S amplifié
10
0 p
b
Rch
98
1
Rch
98
4
Rch
60
Rch
98
21
Rch
98
65
Rch
98
15
Rch
98
40
Rch
98
19
Rch
98
5R
ch 9
81
6
Rch
98
2
MspI
800 pb
200 pb
Gel des profils de restrictiondu 16 S par MspI
2.3. L'hybridation ADN / ADN
� Le chauffage d'un ADN bicaténaireà séquences complémentaires: c’est
� Un refroidissement entraîned'ADN: c'est la renaturation in vitro
Un refroidissement entraîned'ADN: c'est la renaturation in vitro
� Si on mélange deux ADN dénaturésbactériennes, l'ADN monobrin d'uneréassocier avec le monobrin issuformer un ADN bicaténaire hybride
� Ainsi, plus deux espèces sont proches� Ainsi, plus deux espèces sont prochesséquences de bases se ressemblentplus il est facile de former des ADN
� Chez les Enterobacteriaceae,la même espèce si le taux d’hybridation100%.
bicaténaire donne deux brins homologuesc’est la dénaturation.
un réappariement des deux brinsvitro.
un réappariement des deux brinsvitro.
dénaturés provenant de deux espècesd'une espèce peut éventuellement seissu de la deuxième bactérie pour
hybride: c'est l'hybridation.
proches génétiquement, càd plus leurproches génétiquement, càd plus leurressemblent (degré d'homologie important)
ADN hybrides.
on considère que 2 souches sont ded’hybridation ADN/ADN est de 70 à
�La taxonomie numérique
� Pour construire une classificationphénotypiques et/ou moléculaires,plus d'importance à certains d'entrearbitraire et donc peu fiable.
� Pour s'y soustraire, Adonson (botaniste)tous les caractères le même poids.numérique ou adansonnienne (Adonson
� Principe: Tous les caractères phénotypiquesmême valeur.même valeur.
� Les distances taxonomiques entrepar un coefficient de similitudecaractères partagés par rapportexaminés.
Exp programme:
classification à l'aide des caractèresle chercheur est amené à donner
d'entre eux. Cette conception est
(botaniste) a proposé d'affecter à. De ce fait on parle de taxonomie
Adonson).
phénotypiques d'un organisme ont la
entre deux organismes sont expriméessimilitude calculé d'après le nombre derapport au nombre total de caractères
Exp programme: UPGMA
48 souches de rhizobium: nodulant le pois-chiche
► Performance symbiotique (nodulation et fixation d’azote)► Performance symbiotique (nodulation et fixation d’azote)