BACTERIOLOGIE GENERALE - pharmacie.e pharmacie.e- .3 Qu’est-ce qu’un agent pathogène ? Qu’est

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    Facult de Mdecine Necker-Enfants malades

    BACTERIOLOGIE GENERALE 2002/2003 P.C.E.M. 2

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    Table des auteurs Responsable d'enseignement : Pr. P. BERCHE

    Qu'est-ce qu'un agent pathogne ? P. Berche Le conflit hte-bactrie P. Berche Survie des bactries extracellulaires : toxines bactriennes et variation antignique P. Berche Parasitisme intracellulaire P. Berche Mutations bactriennes S. Kayal Elments gntiques mobiles C. Poyart Transfert de l'information gntique C. Poyart Origine et volution de la rsistance aux antibiotiques C. Poyart Rsistance des bactries aux antibiotiques C. Poyart Impact de la gnomique pour le diagnostic et le traitement des infections bactriennes X. Nassif Prions P. Berche

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    Quest-ce quun agent pathogne ? Quest ce quune bactrie ? Les bactries sont des organismes procaryotes sans noyau diffrenci, sans mitochondries, avec un gnome habituellement circulaire form dune double hlice de DNA codant le plus souvent pour 1000 4000 gnes, avec une paroi rigide forme de peptidoglycane. Les eucaryotes ont un noyau avec une membrane nuclaire, des mitochondries, des organelles intracellulaires (Golgi, rticulum endolasique).

    Morphologie des bactries Les bactries sont vues au microscopie optique, vivantes ltat frais (lumire blanche, fond noir, contraste de phase), ou aprs colorations (Bleu, Gram , Ziehl-Neelsen pour les mycobactries), et au microscope lectronique transmission ou balayage. Forme, taille et proprits tinctoriales des bactries Les bactries ont une taille moyenne de 0.5 - 2.0 m de large et 2-6 m de long, parfois beaucoup plus (une hmatie mesure 8m de diamtre). Les bactries ont des formes trs varies : coques (diplocoques, amas, chanettes) ; bacilles (droits, incurvs,

    spirals). Ces formes sont dues la structure de la paroi (peptidoglycane) et au mode de septation propre chaque espce bactrienne. Exemple de multiplication des coques en chanettes et en amas

    Daprs la coloration de Gram, on distingue selon les proprits tinctoriales les bactries Gram positif et les bactries Gram ngatif : les Gram + sont dcolors par lalcool, les Gram ngatif ne le sont pas. Les mycobactries sont un groupe part appartenant aux bactries Gram positif mais non colors par la coloration de Gram du fait de leur paroi trs particulire. Cette distinction par la coloration de Gram est trs pratique car elle correspond des diffrences notables dans la structure de la paroi et une ralit phylognique : les bactries Gram positif sont apparues dabord au cours de lEvolution, puis par lapport dune enveloppe externe les bactries ont acquis de nouvelles proprits tinctoriales (bactries Gram ngatif). De plus, elle correspond une ralit thrapeutique : les antibiotiques actifs ne sont pas mes mmes selon quil sagit dune bactries Gram+ , Gram ou dune mycobactrie. Aprs croissance sur milieu de culture nutritif acellulaire, les bactries donne en quelques heures ou jours (bactries croissance rapide) ou en quelques semaines (bactries croissance lente) des colonies visibles lil nu. Ces colonies sont constitues de 1-2 milliards de bactries et proviennent dune seule bactrie clones). Laspect, la pigmentation, la taille, la forme et le temps dapparition de ces colonies sont des proprits utilises pour identifier les espces bactriennes.

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    Colonie de E coli aprs 2 h dincubation Microscope x 500

    Colonies de E coli et Salmonella aprs 24h sur glose (1-2 mm).

    Le gnome des bactries Le noyau des bactries est constitu dun chromosome sans membrane nuclaire. Ce chromosome est habituellement circulaire et unique. Il peut tre tudi par ltablissement de cartes gntiques selon la disposition des gnes, de cartes physiques par PFGE (Pulsed-Field Electrophoresis Gel ) et par squenage du gnome bactrien.

    PFGE du chromosome de souches actrienes (fragments de 50 kb 500 kb). Taille du gnome bactrien La taille du chromosome bactrien est variable, de 600 kb ( Mycoplasma genitaium) et 8000 kb Streptomyces), en moyenne 3000-4000 kb ( >3000 gnes), parfois associ des plasmides qui sont des petits chromosomes circulaires rplication autonome (10-200 kb). Les plus petits gnomes sont retrouvs chez les bactries trs infodes leurs htes, telles que les mycoplasmes ou les bactries intracellulaires strictes (Chlamydia , Rickettsia), les bactries trs adaptes leur hte ( Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, ,Mycobacterium leprae). Les bactries avec un grand gnome sont souvent saprophytes et ubiquistes( Entero-bacteriacae, Bacillus ). Par exemple, la taille du gnome de E. coli est de 4,7 Mb 5,2 Mb selon les souches.

    Chromosome aprs lyse bactrienne

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    Topologie du gnome bactrien Les chromosomes sont habituellement circulaires et uniques. Cependant, quelques bactries ont 2 ou mme 3 chromosomes : Brucella melitensis 2 ; Rhodobacter sphaeroides 2 ; Vibrio cholerae 2; Rhizobium melitoti 3 ; Bulkolderia cepacia 3 ; Agrobacterium tumefaciens 2 (1 circulaire, 1 linaire). Certaines rares bactries ont un chromosome linaire : Borrelia burgdorferi, Streptomyces,Rhodococcus, Agrobacterium tumefaciens. La signification biologique de ces particularits en termes est inconnue. Organisation du gnome bactrien Le chromosome bactrien est constitu de nombreux gnes de structure et de gnes rgulateurs organiss en oprons, de gnes rpts ( par exemple lopron ARNr : E.coli 7 copies, B. subtilis 10 copies, M. tuberculosis 1 copie), d lments mobiles (transposons, intgrons, prophages, squences IS d'insertion) et de squences non-codantes qui ne reprsentent que 5 - 10% du chromosome. Le chromosome bactrien a une certaine plasticit qui lui permet de perdre ou acqurir au cours du temps de nouveaux gnes codant pour codant pour des rsistances aux antibiotiques et des facteurs de virulence par transformation, conjugaison ou transduction de phages, ou dtre le sige de rarrangements qui remodlent le gnome ou font varier son expression (variation antignique). Dans une espce bactrienne donne, la variabilit gntique peut atteindre 10% - 20% du gnome. Une espce est distingue dune autre par un taux dhybridation DNA-DNA infrieur 70%. De nombreux gnomes bactriens sont maintenant entirement squencs depuis 1995. Pour les pathognes, on peut citer Haemophilus influenzae , Mycoplasma pneumoniae ,Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis, Borrelia burgdorferi ,Treponema pallidum ,Vibrio cholerae ,Neisseria meningitidis, E coli O157:H7, Listeria monocytogenes, Ureaplasma urealyticum, Pasteurella multocida, Mycobacterium leprae, Rickettsia prowazecki, Chlamydia trachomatis,

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    Chlamydia pneumoniae, Campylobacter jejuni, Pseudomonas aeruginosa Le cytoplasme des bactries Le cytoplasme bactrien est constitu de ribosomes et les nombreuses protines cytoplasmiques (enzymes mtaboliques, protines chaperons et protines de structures) sans organelles. Il peut contenir des granulations de rserve ( glycogne, polyphosphates, -hydroxybutyrates). Il est dlimit par une membrane cytoplasmique constitue, comme celle des eucaryotes, dune bicouche lipidique avec des protines transmembranaires ou exposes : des permases pour les substrats nutritionnels, des enzymes de synthse du peptidoglycane (Penicillin-Binding Proteins PBPs), des enzymes respiratoires (deshydrognases, cytochromes).

    Les constituants de la paroi des bactries La paroi des bactries est constitue dun peptidoglycane uniquement retrouv chez les bactries et prsent dans lensemble du monde bactrien ( quelques exceptions, telles que les mycoplasmes ou mollicutes, bactries sans peptidoglycane). Le peptidoglycane Le peptidoglycane est un polyoside dunits rptitives dacide N-actyl-muramique et de N-actyl-glucosamine, sur lesquels sont branchs des chanes courtes pentapeptidiques, donnant une structure tridimentionnelle en rseau compact. Ce polymre complexe est synthtis par des enzymes ou PBPs (Penicillin-Binding Proteins). Ce sont des transpeptidases , des carboxypeptidases, des amidases (autolysines) qui sont la cible des pnicillines.

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    La paroi des bactries Gram positif La paroi des bactries conditionne la forme des bactries et constitue une protection trs efficace contre un environnement hostile et trs changeant (osmolarit, temprature, radiations ionisantes, scheresse). Chez les bactries Gram positif, le peptidoglycane est trs pais et associ des protines paritales exposes et des structures polyosidiques (acides lipoteichoques, acides teichoques).

    Bacilles gram positif

    La paroi des mycobactries Les mycobactries ont la structure des bactries Gram positif, sans enveloppe externe, avec des polyosides paritaux impliqus dans leur structure, larabino-galactane et le lipoarabinomannane , et une grande richesse en acides gras , les acides mycoliques qui tapissent la surface de ces bactries. Cette paroi complexe confre une grande rsistance dans lenvironnement et la digestion par les macrophages. Mycobacterium leprae

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    Les acides lipotichoques et les acides lipotichoques Ce sont des polymres ne sont retrouvs que chez les bactries Gram positif. Les acides lipotichoques ( LTA) sont des polyribitol-phosphates enchsss aux acides gras de la membrane cytoplasmique et traversant la paroi. Ils auraient un rle rgulateur de la fonction des autolysines indispensables la bactricidie et un rle dadhsine. Les acides tichoques sont des polyosides forms de polyols (ribitol, glycrol) et de phosphates attachs de faon covalente lacide muramique du peptidoglycane, avec une forte charge ngative. Ces polyosides aurait un rle rgulateur dans le passage des cations (Mg++). La paroi des bactries Gram ngatif : lenv