Cellule procaryote 1

La CELLULE La CELLULE BACTÉRIENNE BACTÉRIENNE

(suite)(suite)

novembre 2006 Cellule procaryote 2

4. ÉLÉMENTS 4. ÉLÉMENTS FACULTATIFS DES FACULTATIFS DES BACTÉRIESBACTÉRIES

3.1. DNA ET SON EXPR

• Un ou plusieurs flagelles libres à l’extérieur de la cellule

• Filaments axiaux (en nombre variable) emprisonnés entre la paroi et la membrane plasmique chez les spirochètes et les spirilles

3

novembre 2006 Cellule procaryote

4.1. Les éléments locomoteurs

novembre 2006 Cellule procaryote 4

Cils et flagelles E.coli

Proteus vulgaris

Vibrio

MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE

novembre 2006 Cellule procaryote 5

Cils et flagelles

Leptospira icterohemorragiae Provoque maladie professionnelle des égoutiers et des baigneurs en eau douce (la bactérie provient de l’urine du rat).

4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-1- Techniques directes

1 m

Après imprégnation argentique :

Après coloration de Gram :

?

Techniques directes de mise en évidence des flagelles

• Flagelles visibles :– après coloration des cils par imprégnation

argentique dont le principe est d’épaissir les cils car cils trop fins pour être visibles en microscopie optique

– lors de l’observation au microscope électronique

novembre 2006 Cellule procaryote 8

Observation des cils au microscope optique après imprégnation argentique

Clostridium botulinum

Salmonella

Pseudomonas

Vibrio

MICROSCOPIE OPTIQUE

novembre 2006 Cellule procaryote 9

Observation des cils au microscope électronique E.coli

Proteus vulgaris

Vibrio

MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE

4-1-1- Mise en évidence des flagelles 4-1-1-2- Techniques indirectes

• Réalisation d’un état frais :– Si bactéries immobiles : bactéries dépourvues de

cils– Si bactéries mobiles : bactéries pourvues de cils.

Remarque : l’observation des modalités de déplacement permet d’évoquer le type de ciliature

4-1-2- Les diverses types de ciliature

monotriche lophotriche amphitriche Péritriche Polaire Polaire Polaire

Mode d’insertion des flagelles et type de mobilité

Insertion polaire : à une ou deux extrémités :

mobilité rectiligne avec traversée rapide du champ

Insertion péritriche : sur toute la surface de la bactérie : mobilité sinueuse lente avec tournoiement et changement fréquent de direction

4-1-3- Structure des flagelles a/ mise en évidence de la structure au microscope électronique

Flagelles isolés avec leur corps basal

Un corps basal etSon crochet

Crochet

Corps basal

b/Insertion et structure des flagelles

Gram - Gram +Gram - Gram +Filament

Crochet

Anneaux

novembre 2006 Cellule procaryote 15

Cils et flagelles

c/ Structure : les 3 parties des flagelles

Trois parties :

• Filament : – cylindre creux et long (10 m) – constitué d’une protéine : flagelline

• Crochet : fixation du filament au corps basal

• Corps basal : anneaux d’ancrage aux membranes

4-1-4- Rôles des flagelles

- Mobilité

- Rôle antigénique

- Rôle taxonomique

4-1-1-4- Rôles des flagellesa/ Mobilité

- Energie nécessaire : force protomotrice

- Intérêt physiologique :

** Se déplacer vers les substances nutritives : Se déplacer vers les substances nutritives : chimiotactisme positifchimiotactisme positif

** Fuir les substances toxiques : Fuir les substances toxiques : chimiotactisme négatifchimiotactisme négatif

-

4-1-1-4- Rôles des flagellesb/ Rôle antigénique

- Induction par certains constituants des flagelles de la synthèse d’anticorps (Ac) spécifiques et union de ces Ac avec les flagelles

- Exemples :

** Ag H des flagelles des Salmonella

* Ag des flagelles d’ Escherichia coli.

-

novembre 2006 Cellule procaryote 20

4.2. Capsule

Streptococcus pneumoniae

4-2-1- Mise en évidence de la capsule

Au microscope optique : Etat frais à l’encre de chine

10 m

Au microscope électronique :

4-2-2- Définition et nature biochimique de la capsule

• Couche externe à la paroi • Couche très épaisse (0,5 à 2 m) • Couche composée

– soit de polyosides – soit de polypeptidesavec beaucoup d’eau protégeant la bactérie vis-à-vis

de la dessication

4-2-3- Exemples de bactéries capsulées

• Bactéries pathogènes– Streptococcus pneumoniae– Klebsiella (Enterobactérie)– Bacillus anthracis

• Bactéries de l’environnement– Alcaligenes

4-2-4- Rôles de la capsule

• Rôles dans le pouvoir pathogène• Protection de la bactérie contre la dessiccation• Rôle antigénique• Nuisances industrielles

4-2-4- 1- Capsule et pouvoir pathogènea/ Mise en évidence expérimentale d’un des rôles :Expérience de GRIFFITH

Injection de S. pneumoniae capsulés : mort des souris

Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris

Injection de S. pneumoniae non capsulés : survie des souris

Modalités :

Capsule = facteur de pathogénicité car empêche la phagocytose et la fixation du complément

b/ Autre mode d’action de la capsule vis-à-vis du pouvoir pathogène

• Adhésion de la bactérie par sa capsule à de nombreuses surfaces (dents, cellules épithéliales)

• Conséquence : – Plus grande difficulté pour l’hôte d’éliminer la

bactérie au moyen des cils vibratiles et du mucus– Meilleure colonisation de l’hôte par les bactéries.

• Bilan :Rôle antiphagocytaire de la capsule et adhésion renforcée par la capsule renforcent le pouvoir pathogène des bactéries capsulées.

4-2-4-2- Capsule et antigénicité

– Certains constituants capsulaires sont des antigènes– Applications :

• Vaccination• Identification de souches capsulées : Ex : Streptococcus pneumoniae

4-2-4-3- Capsule et nuisances industrielles

Secrétion de capsule = accumulation de substances visqueuses :

- bouchage filtres et tuyaux - modification des qualités organoleptiques des

produits fabriqués ( exemple : filage du lait)

Remarques : autres exopolymères de surface Le glycocalyx• Réseau diffus de polysaccharides • Permettant l’adhérence des bactéries aux cellules et au support (favorisant

le pouvoir pathogène et rendant difficile les opérations de nettoyage désinfection) : formation d’un biofilm.

La couche S• Substance protéïque• Régulière et structurée• Difficilement enlevable• Rôle : protection, adhésion, antiphagocytaire

Biofilm bactérien en formation sur une dent

Bactéries

Fibres de polysaccharides

Plongée dans un biofilm bactérien

Couche S d’une Archaeae MET

100 nm

novembre 2006 Cellule procaryote 35

4.3. Pili

E.coli

Pili communs et pili sexuels

1 m

Des pili communs

flagelle

Un pilus

sexuel

Bactérie Gram - (MEB)

4-3-1- Définition

Pili = filaments

• très fins

• courts

• raides

• non impliqués dans le mouvement

4-3-2- Les deux sortes de pili

Pili communs

Pili sexuels

4-3-3- Pili communs ou fimbriae

• Visibles seulement au microscope électronique

• Très nombreux

• Retrouvés chez les bactéries Gram -

• Rôle d’adhésion aux cellules, aux supports , font partie des adhésines

4-3-4- Pilus sexuel

Pili sexuels

• Moins nombreux

• Rôle dans l’ échange d’ADN entre bactéries lors de la conjugaison

• Présent chez les bactéries possédant le facteur F porté par un plasmide

4-3-5- Rôles des pili

• Pili sexuels : échange d’ADN entre bactéries par conjugaison

• Pili communs : adhérence aux cellules eucaryotes et autres supports

• Rôle antigénique• Site de fixation pour des phages

4-3-5- Rôles des pilia/ Echange d’ADN (phénomène de conjugaison)

• Fixation du pilus de la bactérie donatrice sur un récepteur fixé dans la membrane plasmique d’une autre bactérie (dite réceptrice)

• Passage du matériel génétique (ADN bactérien ou plasmide) par le pilus de la bactérie donatrice à la bactérie réceptrice)

• Acquisition par la bactérie réceptrice de nouvelles propriétés dues à l’acquisition de nouveaux gènes et donc à l’aptitude de fabriquer de nouvelles protéines (enzymes ou autres.)

Exemple de propriétés acquises

• Résistance aux antibiotiques par transmission d’un plasmide ayant un gène codant pour une enzyme inactivant l’antibiotique

4-3-5- Rôles des pilib/ Adhésion aux cellules eucaryotes

• Fixation du pilus sur un récepteur spécifique présent dans la membrane plasmique de la cellule eucaryote

• Forte adhésion de la bactérie à la cellule• Frein à l’élimination de la bactérie par le mucus ou

autres liquides de l’organisme• Implantation favorisée de la bactérie dans

l’organisme

Conséquence de l’adhésion aux cellules eucaryotes

• Favorise l’implantation• Favorise la multiplication de la bactérie dans

l’organisme • Permet le démarrage d’une infection• Favorise le pouvoir pathogène de la bactérie

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3.1. DNA ET SON EXPRESSION

E. coli éclaté

Plasmide

4-4- Les plasmides

novembre 2006 Cellule procaryote 48

Plasmide

4-4-1- Définition

Plasmide =

Petite molécule d’ADN bicaténaire et circulaire,

indépendante de l’ADN bactérien,

à réplication autonome,

transmise à la descendance,

interchangeable entre bactéries principalement par le phénomène de conjugaison,

non indispensable à la croissance,

4-4-2- Composition et structure

Identiques à celles de l’ADN bactérien mais de plus petite taille.

4-4-3- Mécanismes d’acquisition d’un plasmide par une bactérie

Essentiellement par conjugaison : transfert d’une bactérie donatrice (dite F+) à une bactérie réceptrice (dite F-) en empruntant un pilus sexuel.

Parfois par transduction : transfert du plasmide d’une bactérie à l’autre par l’intermédiaire d’un bactériophage tempéré.

Parfois par transformation : intégration dans une bactérie vivante du plasmide provenant d’une bactérie morte de même espèce ou d’espèce voisine.

4-4-4- Fonctions des plasmides Plasmide = apport de gènes nouveaux synthèse de protéines nouvelles des caractères nouveaux à la bactérie

Acquisition de la formation de pilus sexuel par apport du facteur F portant des gènes codant pour les pili

Acquisition de la capacité à secréter des enzymes inactivant certains antibiotiques (ex : pénicillinase) par apport du facteur R portant des gènes codant pour ces enzymes

Acquisition d’avantages compétitifs par apport de facteurs codant pour des bactériocines

Acquisition de nouveaux facteurs de virulence

Acquisition de nouvelles capacités métaboliques

Protéines synthétisées par des bactéries et qui détruisent d’autres bactéries

Remarques : pourquoi certains plasmides = facteurs de virulence ?

Gènes portés par le plasmide codent pour une toxine responsable d’effets pathogènes (ex : toxine érythrogène de Sreptococcus, toxine diphtérique)

Gènes portés par le plasmide codent pour des adhésines

Gènes codent pour des enzymes inactivant les mécanismes de défense de l’hôte

Gènes codent pour des protéines responsables de l’induction de tumeurs.

4-4-5- Utilisation industrielle à des fins bénéfiques des plasmides (génie génétique)

Modification de plasmides avec intégration d’un gène codant pour une substance souhaitée (insuline, hormone de croissance ….)

Introduction du plasmide dans un microorganisme donné qui traduit tous les gènes et notamment ceux du plasmide et produit donc en grande quantité la protéine souhaitée

Extraction de la substance du milieu de culture, puis purification de cette substance.

novembre 2006 Cellule procaryote 55

4.5. Spore (endospore)

Bacillus

Bacillus anthracis

4-5-1- Définition

Spore = structure

fabriquée par 2 genres de bacilles Gram + (Clostridium et Bacillus) dans des conditions défavorables,

libérée ensuite hors de la cellule,

capable de résister très longtemps dans le milieu environnant jusqu’à ce que les conditions redeviennent favorables,

redonnant ensuite lorsque les conditions redeviennent favorables un bacille identique au bacille initial par germination.

novembre 2006 Cellule procaryote 57

SPORULATION

GERMINA TION

CYCLE SPORAL

Conditions défavorables (manque de nourriture…) mais pas un fort chauffage…

Conditions favorables (eau et nourriture…) et un facteur déclenchant (choc thermique par ex.

4-5-2- Bactéries capables de sporuler

Uniquement 2 genres de bacilles Gram + :

Toutes les bactéries du genre Bacillus : bacilles Gram + aérobies (aérobies stricts ou aéro-anaérobies).

Toutes les bactéries du genre Clostridium : bacilles Gram + anérobies stricts.

Observation au microscope optique à contraste de phase àl’état frais des spores de Bacillus et de Clostridium

ClostridiumBacillus

Mise en évidence des spores au microscope optique :

Bacillus anthracis

Colorations non spécifiques : Gram

Mise en évidence des spores au microscope optique :

Colorations spécifiques : Vert Malachite

Bacillus subtilis

4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-1- Morphologie externeb/ Résultats

a) Centrale ovalaire non déformante

b) subterminale

c) terminale

d) Terminale ronde déformante

4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-1- Morphologie externeb/ Résultats

Spore =

Masse sphérique ou ovoïde

Masse déformante ou non déformante

Masse centrale, subterminale ou terminale

Remarque : caractères à bien observer car utilisés pour la taxonomie des bactéries des 2 genres.

4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie internea/ Techniques d’étude

Microscopie électronique à transmission

novembre 2006 Cellule procaryote 65

Bacillus

Spore au microscope électronique à transmission

4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie interneb/ Les divers constituants de la spore

Exosporium

Tunique

Cortex

Paroi

Membrane plasmiqueProtoplaste = Cytoplasme

4-5-3- Morphologie et structure4-5-3-2- Morphologie interneCaractéristiques de quelques constituants de la spore

• Tuniques de nature protéique

• Cortex constitué de peptidoglycane et de dipicolinate de calcium

• Paroi et membrane plasmique de composition comparables à celle de la bactérie

• Protoplaste (ou cytoplasme) caractérisé par une très grande pauvreté en eau et la présence d’enzymes inactives

4-5-4- Propriétés, caractéristiques de la spore4-5-4-1- Caractéristiques de composition chimique

• Pauvreté en eau (spore : 5 à 15 % d’eau alors que bactérie : 80%)

• Présence massive de dipicolinate de calcium

• Inactivité des enzymes