Cours de MicrobioFondamentale_ISA1_15_16 [Mode de compatibilité].pdf

ISA CI ISA CI

Cours de Microbiologie Cours de Microbiologie

FondamentaleFondamentale

Pr. A. BoularbahPr. A. Boularbah

Laboratoire Aliment, Environnement et SantéLaboratoire Aliment, Environnement et Santé

Département de BiologieDépartement de Biologie

FSTGFSTG

Taxonomie BactérienneTaxonomie Bactérienne

La taxonomie (on dit aussi La taxonomie (on dit aussi taxinomie) est la science qui en taxinomie) est la science qui en

Biologie étudie la classification des Biologie étudie la classification des Biologie étudie la classification des Biologie étudie la classification des êtres vivantsêtres vivants


Science de la classification des êtres vivants

Taxinomie

Identification

Classification

Nomenclature

Classer…selon quel critères

Morphologiques ? Biochimiques ? Moléculaires ?

Ecologiques ?Micro -organismes

Très variables selon le but et l’évolution des tech niques

Métaboliques ? Ecologiques ?

Physiologiques ? Pathogéniques ?

Micro -organismes

TaxonomieTaxonomie

Classification phénétique :

• Caractères phénotypiques (morphologiques,(morphologiques,physiologiques, métaboliques, écologiques)

• Pas de notion d’évolution


Les bactéries peuvent ainsi être classées et donc i dentifiées en Les bactéries peuvent ainsi être classées et donc i dentifiées en fonction : fonction :

-- de leur morphologie microscopique (bactérie de ty pe coque, de leur morphologie microscopique (bactérie de type coque, bacille, vibrion ; isolée, par deux, en chaînettes. ..)bacille, vibrion ; isolée, par deux, en chaînettes. ..)

-- de leur morphologie macroscopique (taille, forme, couleur... des de leur morphologie macroscopique (taille, forme, c ouleur... des colonies sur milieux de culture gélosés)colonies sur milieux de culture gélosés)colonies sur milieux de culture gélosés)colonies sur milieux de culture gélosés)

-- de leur mobilité (mobilité ou immobilité à une te mpérature de leur mobilité (mobilité ou immobilité à une temp érature donnée)donnée)

-- de la présence de spores de la présence de spores

-- du résultat de la coloration de Gram (coloration de Gram positive du résultat de la coloration de Gram (coloration de Gram positive ou négative)ou négative)


-- de la température de croissance (4de la température de croissance (4 °° C, 20C, 20°° C, 30C, 30°° C, 37C, 37°° C...) C...)

-- du type respiratoire (aérobie, anaérobie strict, aérodu type respiratoire (aérobie, anaérobie strict, aé ro--anaérobie anaérobie facultatif, microaérophile..)facultatif, microaérophile..)

-- des besoins nutritionnels (nécessité de substances particulière des besoins nutritionnels (nécessité de substances particulière -- des besoins nutritionnels (nécessité de substances particulière des besoins nutritionnels (nécessité de substances particulière pour le développement)pour le développement)

-- de la capacité à utiliser certaines sources de ca rbone ou d’azote de la capacité à utiliser certaines sources de carb one ou d’azote

-- Une donnée importante pour la classification bact érienne est le Une donnée importante pour la classification bactér ienne est le pourcentage en nucléotides G et C (% G + C) de chaq ue pourcentage en nucléotides G et C (% G + C) de chaq ue génome. Ainsi, deux espèces bactériennes proches au ront des génome. Ainsi, deux espèces bactériennes proches au ront des pourcentage en G et C voisinspourcentage en G et C voisins . .


En bactériologie médicale, les bactéries sont En bactériologie médicale, les bactéries sont classifiées en fonction du type de pathologie classifiées en fonction du type de pathologie occasionné :occasionné :

�� Ainsi on parlera de Ainsi on parlera de pathotypes ou pathovarspathotypes ou pathovars . . �� Sensibilité bactérienne aux antibiotiques, on parlera Sensibilité bactérienne aux antibiotiques, on parlera

d'd'antibiotypesantibiotypes�� L'étude des caractéristiques antigéniques : L'étude des caractéristiques antigéniques : sérotypes sérotypes

ou sérovarsou sérovars�� L'étude de la sensibilité à certains bactériophage L'étude de la sensibilité à certains bactériophage

(virus spécifiques des bactéries) : (virus spécifiques des bactéries) : lysotypes ou lysotypes ou lysovarslysovars

Classification des êtres vivants

Règne Bacteria

Embranchement Firmicutes

Classe Mollicutes

Ordre MycoplasmatalesOrdre Mycoplasmatales

Famille Mycoplasmataceae

Genre Mycoplasma

Ordonnancement hiérarchique par taxon

Espèce Mycoplasma mycoides

La notion d’espèce

• Unité taxinomique de base

• Définition différente selon les organismes :

• Macro-organismes: basée sur lareproduction sexuée. Espèces différentes sireproduction sexuée. Espèces différentes sipas de descendance ou descendance infertile

• Micro-organismes: basée sur des critères deressemblance car reproduction sexuée rare.

La notion d’espèce en microbiologie

� Moins clairement définie que pour les organismes supérieurs

� Référence de nomenclature: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology

Au delà de l’espèce

Espèce Mycoplasma mycoides

Sous-espèce Mycoplasma mycoides subsp.

mycoides

Type Mycoplasma mycoides subsp.Type Mycoplasma mycoides subsp.

mycoides Small Colony

Souche PG1

Clone PG1/5P� Biovars (différences biochimiques ou physiologiques)� Morphovars (différences morphologiques)� Serovars (propriétés antigéniques différentes)

Nomenclature

� Binomiale Carl von Linné (1707-1778)

� Chaque espèce est caractérisée par deux noms: genre et espèce

� En latin

� S’écrit en italique

� Correspondance avec une caractéristique de l’organisme ou en mémoire d’un scientifique

Noms scientifiques

� Staphylococcus aureus� Décrit arrangement et couleur(Grec staphule = = grappe de raisin; Aurei; Aurei = or)= or)(Grec staphule = = grappe de raisin; Aurei; Aurei = or)= or)

� Escherichia coli� En l’honneur de son découvreur, Theodor

Escherich, et description de son habitat (intestins et colon)

Taxinomie

� Classification phénétique:� Caractères phénotypiques (morphologiques,

physiologiques, métaboliques, écologiques)� Pas de notion d’évolution� Pas de notion d’évolution

� Classification phylogénétique:� Caractères génotypiques (séquence ARNr

16S)� Notion d’évolution

ARNr 16sARNr 16s

Avancée technique : biologie moléculaire permet de comparer des organismes qui ne se ressemblent pas du tout

Un Ribosome comprends deux sous-unités de tailles différentes,constituées d'ARNr associés à des protéines ribosomales.

La taille relative, mesurée par le coefficient de sédimentation (s)

La plus grosse sous-unité (50S chez les procaryotes, 60S chez leseucaryotes) est constituée de 2 chaînes ARN (5S + 23S / 5S + 28S ).

La plus petite sous-unité (30s/40S) contient une chaîne d'ARN (16S / 18S)

Phylogénie moléculaire

� Choix de l’ARNr de la petite sous unitédu ribosome (16S) :

� Présent dans tous les organismes cellulaires� Suffisamment variable pour voir des différences� Suffisamment variable pour voir des différences� Evolution « lente »

Résultats souvent compatibles avec les classifications phénétiques …

…mais pas toujours !

Phylogénie moléculaire

-- Actuellement, la connaissance de la séquence Actuellement, la connaissance de la séquence nucléique de certaines molécules comme les ARNs nucléique de certaines molécules comme les ARNs ribosomiques par exemple, permet de dresser des ribosomiques par exemple, permet de dresser des schémas dit philogénétiques établissant la distance schémas dit philogénétiques établissant la distance génétique qu'il existe entre les espèces. génétique qu'il existe entre les espèces. génétique qu'il existe entre les espèces. génétique qu'il existe entre les espèces.

-- Plus la séquence nucléique sera proche, plus les Plus la séquence nucléique sera proche, plus les espèces étudiées seront voisines. A l'inverse, si l a espèces étudiées seront voisines. A l'inverse, si l a séquence nucléique est moins homologue, on séquence nucléique est moins homologue, on pourra considérer que les espèces en questions pourra considérer que les espèces en questions sont plus éloignéessont plus éloignées

Arbre Phylogénique universelArbre Phylogénique universel

Les Archaea forment un phylum à part

Arbre Phylogénique universelArbre Phylogénique universel

Avantages et limites de la classification phylogénétique

� Avantages� Basée sur une information « objective »,

indépendante des facteurs extérieursindépendante des facteurs extérieurs� Reflète l’évolution

� Inconvénients� Ne reflète que rarement certains caractères

phénétiques (écologie, pathogénicité, morphologie…)

Les grands groupes d’organismes

� Bacteria

� Archaea� Archaea

� Eucarya

Bacteria

Les études des ARNr 16S suggèrent Les études des ARNr 16S suggèrent l’existence de 17 groupes principaux de l’existence de 17 groupes principaux de l’existence de 17 groupes principaux de l’existence de 17 groupes principaux de BacteriaBacteria

Bacteria

Eubactéries : EcologieEubactéries : Ecologie

Les eubactéries occupent la plupart des milieux,

Elles constituent certainement en nombre de cellule s, et peut-être en masse, la plus grande partie du vivant.

Elles remplissent des fonctions fondamentales dans l'écosystème

Elles jouent aussi un rôle prépondérant dans le rec yclage des déchets organiques (Chaîne d’oxydation de la matière organi que).

Elles remplissent des fonctions fondamentales dans l'écosystème terrestre :

le cycle de l'azote ou du soufre, ...

Bactéries inhabituellesBactéries inhabituelles

� Les bactéries bourgeonnantes, à prosthèque, et pédonculées ::

Les principaux genres : Les principaux genres : Hyphomicrobium et CaulobacterHyphomicrobium et CaulobacterCe groupe comprend des microorganismes avec Ce groupe comprend des microorganismes avec différentes forme d’excroissances cytoplasmiques : différentes forme d’excroissances cytoplasmiques : différentes forme d’excroissances cytoplasmiques : différentes forme d’excroissances cytoplasmiques : tiges, hyphes, ou appendicestiges, hyphes, ou appendices

�� Le prosthèque est un appendice de la bactérie, Le prosthèque est un appendice de la bactérie,

�� Il peut être reproducteur (comme pour le genre Il peut être reproducteur (comme pour le genre HyphomicrobiumHyphomicrobium) ou non (comme pour le genre ) ou non (comme pour le genre CaulobacterCaulobacter) )


�� Exemple 1 : Le genre Exemple 1 : Le genre HyphomicrobiumHyphomicrobium

Caractéristiques :Caractéristiques :--Division par BourgeonnementDivision par Bourgeonnement--Division par BourgeonnementDivision par Bourgeonnement--AérobieAérobie--Pousse sur méthanol, formate, acétate,…Pousse sur méthanol, formate, acétate,…--Méthylotrophe facultatif (utilise le méthane et le Méthylotrophe facultatif (utilise le méthane et le méthanol comme source de carbone et méthanol comme source de carbone et d’énergie)d’énergie)


�� Cycle de développement d’Cycle de développement d’HyphomicrobiumHyphomicrobium ::

�� Ce genre est constitué de cellules bourgeonnantes, aérobies Ce genre est constitué de cellules bourgeonnantes, aérobies chimiohétérotrophes et souvent fixées sur des supports solides chimiohétérotrophes et souvent fixées sur des supports solides dans les milieux marins et terrestres,dans les milieux marins et terrestres,

�� Au début du cycle reproductif, la cellule mature forme un hyphe Au début du cycle reproductif, la cellule mature forme un hyphe ou prosthèque d’un diamètre de 0,2 à 0,3 ou prosthèque d’un diamètre de 0,2 à 0,3 µµm qui s’allonge sur m qui s’allonge sur plusieurs µm,plusieurs µm,

�� L’acide nucléique se divise et une copie se déplace dans L’acide nucléique se divise et une copie se déplace dans l’hyphe,l’hyphe,

�� Le bourgeon est finalement libérée sous forme de cellule Le bourgeon est finalement libérée sous forme de cellule d’essaimage ovoïde. Celle ci se déplace grâce aux flagelles d’essaimage ovoïde. Celle ci se déplace grâce aux flagelles puis se fixe et commence à bourgeonner. puis se fixe et commence à bourgeonner.


�� Exemple 2Exemple 2 : : CaulobacterCaulobacter ::�� Caractéristiques :Caractéristiques :

--Division transverse binaire,Division transverse binaire,--Aérobie, parfois anaérobie (respiration au Aérobie, parfois anaérobie (respiration au --Aérobie, parfois anaérobie (respiration au Aérobie, parfois anaérobie (respiration au Nitrate (NONitrate (NO--

33))


�� Cycle de développement de Cycle de développement de Caulobacter :Caulobacter :

�� Au début cycle, la cellule s’allonge et forme un Au début cycle, la cellule s’allonge et forme un flagelle polaire unique du coté opposé à la flagelle polaire unique du coté opposé à la prosthèque,prosthèque,prosthèque,prosthèque,

�� Une scission binaire asymétrique se produit et donne Une scission binaire asymétrique se produit et donne la cellule d’essaimage flagellée et la cellule parentale la cellule d’essaimage flagellée et la cellule parentale avec prosthèque,avec prosthèque,

�� le cycle se termine par une désintégration du flagelle le cycle se termine par une désintégration du flagelle et formation d’un prosthèque du coté flagellé. et formation d’un prosthèque du coté flagellé.


les bactéries engainéesles bactéries engainées ::

�� ExempleExemple : : Leptothrix, Crenothrix, sphaerotilusLeptothrix, Crenothrix, sphaerotilus�� Ces bactéries possèdent une gaine (structure tubulaire creuse) Ces bactéries possèdent une gaine (structure tubulaire creuse)

qui entourent une chaînes de cellules,qui entourent une chaînes de cellules,

�� Les gaines servent à protéger les cellules des prédateurs et Les gaines servent à protéger les cellules des prédateurs et �� Les gaines servent à protéger les cellules des prédateurs et Les gaines servent à protéger les cellules des prédateurs et aident les bactéries à se fixer sur des supports solides et capter aident les bactéries à se fixer sur des supports solides et capter les nutriments des eaux de courant lent,les nutriments des eaux de courant lent,

�� Ce sont des cellules Gram négatives qui deviennent flagellée Ce sont des cellules Gram négatives qui deviennent flagellée quand elle s’échappent du filament et forment une nouvelle quand elle s’échappent du filament et forment une nouvelle chaîne lorsqu’elle se fixe à un objet solide (plantes submergées , chaîne lorsqu’elle se fixe à un objet solide (plantes submergées , rochets, …),rochets, …),

�� Elle oxydent Fe et le Mn en Oxyde de fer et de Mn Elle oxydent Fe et le Mn en Oxyde de fer et de Mn


Les bactéries à Trichomes ::

�� L’ordre des L’ordre des BeggiatoalesBeggiatoales renferme des renferme des bactéries qui forment des trichomes (filament bactéries qui forment des trichomes (filament bactéries qui forment des trichomes (filament bactéries qui forment des trichomes (filament de cellules bactériennes qui sont en contact de cellules bactériennes qui sont en contact étroit les unes aux autres) et se déplace par étroit les unes aux autres) et se déplace par glissement,glissement,

�� Les genres les plus étudiés sontLes genres les plus étudiés sont ::�� BeggiatoaBeggiatoa�� LeucothrixLeucothrix


Les bactéries fructifiantesLes bactéries fructifiantes ::Exemple : Les myxobactéries Exemple : Les myxobactéries

�� FructificationFructification = structures portant des spores produites de façon = structures portant des spores produites de façon sexuée ou asexuée présents chez les mycètes et certaines sexuée ou asexuée présents chez les mycètes et certaines bactéries).bactéries).

�� Les myxobactéries sont des bactéries chimiohétérotrophes du sol Les myxobactéries sont des bactéries chimiohétérotrophes du sol aérobie et gram négatif qui se caractérisent par une mobilité par aérobie et gram négatif qui se caractérisent par une mobilité par glissement et un cycle de développement plus complexe avec glissement et un cycle de développement plus complexe avec aérobie et gram négatif qui se caractérisent par une mobilité par aérobie et gram négatif qui se caractérisent par une mobilité par glissement et un cycle de développement plus complexe avec glissement et un cycle de développement plus complexe avec production de fructifications et la formation de myxospores production de fructifications et la formation de myxospores dormantes, dormantes,

�� La plus part des myxobactéries sont des microprédateurs car elles La plus part des myxobactéries sont des microprédateurs car elles sécrètent dans le milieu des enzymes qui lysent les bactéries et les sécrètent dans le milieu des enzymes qui lysent les bactéries et les levures. Les produits de digestion sont utilisés par les levures. Les produits de digestion sont utilisés par les myxobactéries comme nutriment.myxobactéries comme nutriment.

�� En conditions défavorables en aliments, les myxobactéries En conditions défavorables en aliments, les myxobactéries s’agrègent et se différencient en fructification qui peuvent atteindre s’agrègent et se différencient en fructification qui peuvent atteindre 50 à 500 µm. Certaines cellules se transforment en myxospores 50 à 500 µm. Certaines cellules se transforment en myxospores dormantes incluses dans des structures appelées dormantes incluses dans des structures appelées sporangiolessporangioles ou ou sporangessporanges . .

Bactéries inhabituelles : Bactéries inhabituelles : MyxobactériesMyxobactéries

Cycle biologique et structure de fructification

Archaea

Archaea

�� 3 groupes3 groupes ::

� Euryarchées

(Méthanogènes et les halophiles extrêmes)

Crénarchées� Crénarchées

(Les thermophiles)

�� KorarchaeotaKorarchaeota

(Pas de microorganisme isolé juste l’ADN a été (Pas de microorganisme isolé juste l’ADN a été isolé)isolé)

Les Archées : Ecologie

� Les archéobactéries se développent de préférence dans des niches extrêmes, où les conditions de vie sont très difficiles ou impossibles pour la plupart des autres organismes,

Les Archées méthanogènes vivent dans le rumen des � Les Archées méthanogènes vivent dans le rumen des ruminants,

� Elles produisent du méthane à partir du CO2 et de l’H2

� Certaines archéobactéries prolifèrent dans des sels à 30 % = HALOBACTERIE, elles sont photosynthétiques.

Nutrition bactérienneNutrition bactérienne

11--Besoin en éléments nutritifsBesoin en éléments nutritifs

1.11.1-- Eléments majeursEléments majeurs

1.21.2-- Eléments mineursEléments mineurs

1.31.3-- Besoins spécifiquesBesoins spécifiques

22-- Facteurs de l’environnement affectant la croissance et la Facteurs de l’environnement affectant la croissance et la

survie des microorganismessurvie des microorganismessurvie des microorganismessurvie des microorganismes

2.12.1-- OxygèneOxygène

2. 1.1. Comportement des microorganismes vis2. 1.1. Comportement des microorganismes vis--àà--vis de Ovis de O22

2.1.2. Régulation de la réponse aux effets de superoxyde et de H2.1.2. Régulation de la réponse aux effets de superoxyde et de H22OO22

2.22.2-- pHpH

2.32.3-- TempératureTempérature2.32.3-- Pression osmotiquePression osmotique

Nutrition bactérienneNutrition bactérienne

�� Tous les organismes vivants ont besoin des nutriments Tous les organismes vivants ont besoin des nutriments (Source de carbone, azote, soufre, phosphore,(Source de carbone, azote, soufre, phosphore, …) et de …) et de l’énergie pour leur croissance et leur survie l’énergie pour leur croissance et leur survie

�� La capacité d’une bactérie à utiliser un nutriment La capacité d’une bactérie à utiliser un nutriment �� La capacité d’une bactérie à utiliser un nutriment La capacité d’une bactérie à utiliser un nutriment déterminé comme source d’un élément dépend dedéterminé comme source d’un élément dépend de ::

-- l’existence d’un système enzymatique adéquat de l’existence d’un système enzymatique adéquat de dégradationdégradation ;;

-- l’existence de processus d’entrée du nutriment l’existence de processus d’entrée du nutriment (système de transport).(système de transport).

Besoin en éléments nutritifsBesoin en éléments nutritifs

Facteurs Facteurs de l’Environnementde l’Environnement : : comportement viscomportement vis--àà--vis de Ovis de O22

1 : Les bactéries aérobies strictes ne se développe nt qu'en présence d'air. Leur source principale d'énergie est la respiration. L'oxygène moléculaire est l’ultime accepteur d'électron.

2 : Les bactéries microaérophiles se développent mi eux ou exclusivement lorsque la pression partielle d'oxygène est inférieure à celle de l'air.

3 : Les bactéries aéro-anaérobies facultatives se d éveloppent avec ou sans air.

4 : Les bactéries anaérobies strictes ne se dévelop pent qu'en absence totale ou presque d'oxygène qui est le plus souvent toxique. La totalité de l'é nergie est produite par fermentation.

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : comportement viscomportement vis--àà--vis de Ovis de O22

�� OO22 sert d’accepteur d’électron et sera réduit totalement en eau qui sert d’accepteur d’électron et sera réduit totalement en eau qui ne présente aucun danger pour les cellulesne présente aucun danger pour les cellules. . Cependant, des Cependant, des réductions partielles donnent lieu à l’ion superoxyde, radical réductions partielles donnent lieu à l’ion superoxyde, radical hydroxyle et au peroxyde d’hydrogène qui sont fortement réactives hydroxyle et au peroxyde d’hydrogène qui sont fortement réactives

�� Le Superoxyde introduit des peroxydations dans les lipides, inactive Le Superoxyde introduit des peroxydations dans les lipides, inactive les quinones respiratoires et provoque des modifications dans les les quinones respiratoires et provoque des modifications dans les les quinones respiratoires et provoque des modifications dans les les quinones respiratoires et provoque des modifications dans les protéines. Ils entraînent aussi des lésions au niveau de l’ADN. Il se protéines. Ils entraînent aussi des lésions au niveau de l’ADN. Il se comporte donc comme un agent mutagènecomporte donc comme un agent mutagène

�� L’ion superoxyde est aussi un radical, il réagit comme oxydant (en L’ion superoxyde est aussi un radical, il réagit comme oxydant (en gagnant un egagnant un e-- pour donner le peroxyde) ou comme réducteur (en pour donner le peroxyde) ou comme réducteur (en cédant un ecédant un e-- pour donner Opour donner O22). ).

�� La durée de vie de l’ion superoxyde en solution est très réduite car il La durée de vie de l’ion superoxyde en solution est très réduite car il se transforme rapidement en peroxyde se transforme rapidement en peroxyde


�� Catalase et suprooxyde dismutase : deux enzymes clés utilisées par Catalase et suprooxyde dismutase : deux enzymes clés utilisées par les microorganismes pour éliminer l’ion superoxyde et le peroxyde les microorganismes pour éliminer l’ion superoxyde et le peroxyde d’hydrogèned’hydrogène

�� La superoxyde dismutase est présente chez les microo rganismes La superoxyde dismutase est présente chez les microo rganismes La superoxyde dismutase est présente chez les microo rganismes La superoxyde dismutase est présente chez les microo rganismes aérobies et aérotolérants qui les protègent des com posés issus des aérobies et aérotolérants qui les protègent des com posés issus des réductions partielles de Oréductions partielles de O 22. Elle est absente chez les anaérobies. C’est . Elle est absente chez les anaérobies. C’est pour cette raison, elle ne supporte pas l’oxygènepour cette raison, elle ne supporte pas l’oxygène

�� La plus part des microorganismes aérobies produisen t la catalase La plus part des microorganismes aérobies produisen t la catalase

2O2O22•• + 2H+ + 2H+ ------------→ H→ H22OO22 + O+ O2 2 : Suprooxyde dismutase : Suprooxyde dismutase

HH22OO22 --------------→ O→ O22 + 2H+ 2H22OO : Catalase: Catalase


-- E. coliE. coli produit deux SOD cytoplasmiqueproduit deux SOD cytoplasmique : Mn: Mn--SOD (SodA) et FeSOD (SodA) et Fe--SOD SOD (SodB) qui protégent l’ADN et les protéines des oxydations. Chaque (SodB) qui protégent l’ADN et les protéines des oxydations. Chaque enzyme et un dimère contenant un élément métallique par sousenzyme et un dimère contenant un élément métallique par sous--unitéunité

-- Ces deux protéines ont une grande homologie structurale entre Ces deux protéines ont une grande homologie structurale entre elleselles à tel point que le fer peut être remplacé par du Mn et vice à tel point que le fer peut être remplacé par du Mn et vice elleselles à tel point que le fer peut être remplacé par du Mn et vice à tel point que le fer peut être remplacé par du Mn et vice versaversa

-- Les mutants déficients dans la production de ces enzymes présentent Les mutants déficients dans la production de ces enzymes présentent une faible croissance, des enzymes inactives et des lésions au une faible croissance, des enzymes inactives et des lésions au niveau de l’ADNniveau de l’ADN

-- La protéine périplasmique Cu/ZnLa protéine périplasmique Cu/Zn--SOD (SodC) protégent les SOD (SodC) protégent les constituants périplasmique et membranaires des ions superoxydes constituants périplasmique et membranaires des ions superoxydes exogènes exogènes

En réponse au stress oxydatif, les En réponse au stress oxydatif, les bactéries synthétisent plusieurs enzymes bactéries synthétisent plusieurs enzymes : catalase, superoxydase et d’autres : catalase, superoxydase et d’autres

Facteurs de l’Environnement : Facteurs de l’Environnement :

comportement viscomportement vis--àà--vis de O2vis de O2

: catalase, superoxydase et d’autres : catalase, superoxydase et d’autres protéines qui interviennent dans la protéines qui interviennent dans la réparation de l’ADN et l’élimination des réparation de l’ADN et l’élimination des composés produits lors du stress oxydatif composés produits lors du stress oxydatif (lipides oxydés et les hydroperoxydes).(lipides oxydés et les hydroperoxydes).

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : :

Croissance en fonction de pHCroissance en fonction de pH

A : Acidophile, B: Neutrophile, C: Alcalophile


Gamme de pH pour la croissance des Gamme de pH pour la croissance des

microorganismesmicroorganismes

OrganismesOrganismes Limite inférieureLimite inférieure pH optimumpH optimum Limite supérieurLimite supérieur

BactérieBactérie 2 2 -- 55 6,5 6,5 -- 7,57,5 8 8 -- 1111BactérieBactérie

LevureLevure

Moisissures Moisissures

2 2 -- 55

2 2 -- 33

1 1 -- 22

6,5 6,5 -- 7,57,5

4,5 4,5 -- 5,55,5

4,5 4,5 -- 5,55,5

8 8 -- 1111

7 7 -- 88

7 7 -- 88

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : Comportement visComportement vis--àà--vis de pHvis de pH

-- les microorganismes se développent sur une large les microorganismes se développent sur une large gamme de pHgamme de pH

-- Cependant, la plus part des enzymes ne fonctionnent que Cependant, la plus part des enzymes ne fonctionnent que -- Cependant, la plus part des enzymes ne fonctionnent que Cependant, la plus part des enzymes ne fonctionnent que dans des gamme de pH très étroit (proche de la dans des gamme de pH très étroit (proche de la neutralité)neutralité)

-- En effet les microorganismes s’adaptent à une large En effet les microorganismes s’adaptent à une large gamme de pH tout en maintenant le pH interne proche gamme de pH tout en maintenant le pH interne proche d’une valeur optimale (pH proche de la neutralité). d’une valeur optimale (pH proche de la neutralité).


Les microorgnismes maintiennent un pH interne Les microorgnismes maintiennent un pH interne proche de la neutralité par diverses manières :proche de la neutralité par diverses manières :

-- L’imperméabilité de la membrane plasmique aux L’imperméabilité de la membrane plasmique aux protons,protons,protons,protons,-- L’ATPase participe aussi au rejet des protons à L’ATPase participe aussi au rejet des protons à l’extérieur de la cellule pour maintenir un pH inte rne l’extérieur de la cellule pour maintenir un pH inte rne adéquat,adéquat,-- les pompes Nales pompes Na ++/H/H++ et Ket K++/H/H++ jouent un rôle très jouent un rôle très important pour réagir à l’effet de pH.important pour réagir à l’effet de pH.


-- Chez les bactéries alcalophiles, on trouve généralement Chez les bactéries alcalophiles, on trouve généralement une pompes Naune pompes Na++/H/H++ fonctionnellefonctionnelle

-- Bacillus alcalophilusBacillus alcalophilus peut se développer à un pH peut se développer à un pH -- Bacillus alcalophilusBacillus alcalophilus peut se développer à un pH peut se développer à un pH supérieur à 10, mais son pH interne est maintenu à 8,6 supérieur à 10, mais son pH interne est maintenu à 8,6 grâce à l’antiporteur Nagrâce à l’antiporteur Na++/H/H++


Croissance en fonction de la températureCroissance en fonction de la température


Gamme de température pour la croissance Gamme de température pour la croissance

des microorganismesdes microorganismes

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : Réponse au choc thermiqueRéponse au choc thermique

-- Elle se caractérise par l'augmentation de la synthèse d'un groupe de Elle se caractérise par l'augmentation de la synthèse d'un groupe de polypeptides (sous l'effet d'une élévation brutale de température) polypeptides (sous l'effet d'une élévation brutale de température) appelés protéines de choc thermique ou HSPs («appelés protéines de choc thermique ou HSPs (« Heat Shock Heat Shock Proteins») Proteins»)

--La cellule à l'état normal, contient des protéines homologues des La cellule à l'état normal, contient des protéines homologues des HSPHSP appelées HSCs : Elles assurent des rôles de chaperons appelées HSCs : Elles assurent des rôles de chaperons HSPHSP appelées HSCs : Elles assurent des rôles de chaperons appelées HSCs : Elles assurent des rôles de chaperons moléculaires. moléculaires.

-- Dans la cellule normale, les HSCs permettent :Dans la cellule normale, les HSCs permettent :-- le repliement tridimensionnel correct des polypeptides le repliement tridimensionnel correct des polypeptides nouvellement synthétisés , nouvellement synthétisés , -- leur passage à travers les membranes pour leur localisation leur passage à travers les membranes pour leur localisation subcellulaire finale,subcellulaire finale,-- l'assemblage de sousl'assemblage de sous--unités, unités, -- la régulation de leur activité etla régulation de leur activité et-- leur dégradation. leur dégradation.

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : Réponse au choc thermiqueRéponse au choc thermique

-- Des stress très variés, ayant en commun de dénaturer les Des stress très variés, ayant en commun de dénaturer les protéines (stress protéotoxiques), sont capables protéines (stress protéotoxiques), sont capables d'induire la réponse au choc thermiqued'induire la réponse au choc thermique : exposition à : exposition à l'éthanol, aux analogues d'acides aminés ou aux métaux l'éthanol, aux analogues d'acides aminés ou aux métaux lourdslourds,…,…

-- L'induction des HSP par le stress protéotoxique permet à L'induction des HSP par le stress protéotoxique permet à la cellule de réparer les dommages protéiques la cellule de réparer les dommages protéiques provoqués suite au choc thermique par :provoqués suite au choc thermique par :

-- resolubilisation des agrégats, resolubilisation des agrégats, -- renaturation des polypeptides ou, renaturation des polypeptides ou, -- si cela est impossible, engager les protéines dénaturées vers les si cela est impossible, engager les protéines dénaturées vers les

voies de dégradation.voies de dégradation.

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : Autres réponses au choc thermiqueAutres réponses au choc thermique

-- La composition en acides gras des phospholipides La composition en acides gras des phospholipides membranaires des bactéries varie en fonction de la membranaires des bactéries varie en fonction de la température de croissance. température de croissance.

-- La proportion en acides gras insaturés (ceux qui ont une La proportion en acides gras insaturés (ceux qui ont une double liaison) augmente quand la température baisse :double liaison) augmente quand la température baisse :

-- Ceci pourrait conférer à la membrane un degré de Ceci pourrait conférer à la membrane un degré de fluidité plus au moins constant même à basse températurefluidité plus au moins constant même à basse température

Température de croissance (°C) pour les bactéries et archaebactéries

Microorganisme Minimale Optimale Maximale

Listeria monocytogenes 1 30-37 45Vibrio marinus 4 15 30

Pseudomonas maltophilia 4 35 41

Thiobacillus novellus 5 25-30 42

Staphylococcus aureus 10 30-37 45

Escherichia coli 10 37 45

Clostridium kluyveri 19 35 37Streptococcus pyogenes 20 37 40

Streptococcus pneumoniae 25 37 42

Bacillus flavothermus 30 60 72Thermus aquaticus 40 70-72 79

Methanococcus jannaschii 60 85 90

Sulfolobus acidocaldarius 70 75-85 90

Pyrobacterium brockii 80 102-105 115

Facteurs de l’EnvironnementFacteurs de l’Environnement : : Réponses à la pression osmotiqueRéponses à la pression osmotique

La pression osmotique est la pression exercée par un La pression osmotique est la pression exercée par un soluté dissout dans l’eausoluté dissout dans l’eau

Les bactéries vivent dans des milieux à faible pression Les bactéries vivent dans des milieux à faible pression osmotique par rapport à la pression osmotique de leur osmotique par rapport à la pression osmotique de leur cytoplasme. cytoplasme. Certains Certains microorganismes supportent de forte microorganismes supportent de forte pressionpressioncytoplasme. cytoplasme. Certains Certains microorganismes supportent de forte microorganismes supportent de forte pressionpression

-- Le peptidoglycane (PDG) et les membranes externes Le peptidoglycane (PDG) et les membranes externes protégentprotégent la cellule contre les effets néfastes de cette la cellule contre les effets néfastes de cette différence de pressions osmotiques, que l’on dénomme différence de pressions osmotiques, que l’on dénomme «« turgorturgor pressurepressure » ou pression de turgescence» ou pression de turgescence

-- Dans un milieu pas trop hypotonique, la cellule aura Dans un milieu pas trop hypotonique, la cellule aura tendance à gonfler (tendance à gonfler (plasmoptyseplasmoptyse)) ; dans un milieu ; dans un milieu hypertonique, elle perd de l’eau et a tendance à rétrécir hypertonique, elle perd de l’eau et a tendance à rétrécir (plasmolyse) (plasmolyse)


-- A forte pression osmotique, on constate une inhibition de la A forte pression osmotique, on constate une inhibition de la respiration cellulaire ainsi que la biosynthèse des respiration cellulaire ainsi que la biosynthèse des macromoléculesmacromolécules

-- En général, les microorganismes répondent à une En général, les microorganismes répondent à une augmentation de la pression osmotique en augmentant la augmentation de la pression osmotique en augmentant la concentration intracellulaire d’un nombre de soluté appelés concentration intracellulaire d’un nombre de soluté appelés ((solutés compatiblessolutés compatibles : : solutés non nocifs)solutés non nocifs)concentration intracellulaire d’un nombre de soluté appelés concentration intracellulaire d’un nombre de soluté appelés ((solutés compatiblessolutés compatibles : : solutés non nocifs)solutés non nocifs)

--Les premières réponses chez les bactéries se manifestent par Les premières réponses chez les bactéries se manifestent par une augmentation de la teneur intracellulaire des ions Kune augmentation de la teneur intracellulaire des ions K++

-- E. coli E. coli possède au moins 3 systèmes de transport de Kpossède au moins 3 systèmes de transport de K++ (TrK, (TrK, Kdp et Kup):Kdp et Kup):

--TrK et Kdp représentent les systèmes de transport les TrK et Kdp représentent les systèmes de transport l es plus important de Kplus important de K ++ en réponse au stress en réponse au stress hyeperosmotiquehyeperosmotique


-- Des composés (acide glutamique, proline, alanine, glycineDes composés (acide glutamique, proline, alanine, glycine--bétaïne, saccharose, glucosylglycérol, ….et d’autres dérivés bétaïne, saccharose, glucosylglycérol, ….et d’autres dérivés NN--methylés des acides aminés) sont également accumulés methylés des acides aminés) sont également accumulés par les bactéries en réponse à une augmentation de la par les bactéries en réponse à une augmentation de la pression osmotiquepression osmotique

-- Certaines molécules appelées agents osmoprotecteurs Certaines molécules appelées agents osmoprotecteurs (proline, glycine(proline, glycine--bétaïne) sont capables de compenser l’effet bétaïne) sont capables de compenser l’effet d’une haute osmolarité :d’une haute osmolarité :-- Par exemple, Par exemple, Salmonella typhimiriumSalmonella typhimirium croit très lentement dans un croit très lentement dans un

milieu minimal contenant 0,8 M de NaCl, mais le taux de milieu minimal contenant 0,8 M de NaCl, mais le taux de croissance est deux fois à 4 fois plus élevé si on ajoute à ce croissance est deux fois à 4 fois plus élevé si on ajoute à ce milieu 1M de proline ou glycinemilieu 1M de proline ou glycine--bétaïne bétaïne


Chez Chez Escherichia coliEscherichia coli, la proportion en protéines de membrane , la proportion en protéines de membrane externe porines OmpF et OmpC varie selon les conditions externe porines OmpF et OmpC varie selon les conditions d’osmolarité du milieud’osmolarité du milieu

-- Les pores d’OmpF sont plus grands que ceux de OmpC Les pores d’OmpF sont plus grands que ceux de OmpC -- OmpF est synthétisée préférentiellement à faible pressionOmpF est synthétisée préférentiellement à faible pression-- OmpF est synthétisée préférentiellement à faible pressionOmpF est synthétisée préférentiellement à faible pression-- OmpC sont synthétisée préférentiellement à forte pressionOmpC sont synthétisée préférentiellement à forte pression

-- Par exemple, dans des conditions où le milieu extérieur Par exemple, dans des conditions où le milieu extérieur possède une forte pression osmotique (dans l’intestin), la possède une forte pression osmotique (dans l’intestin), la proportion OmpF/OmpC est de 1/25. proportion OmpF/OmpC est de 1/25. -- Dans des conditions de faible pression osmotique Dans des conditions de faible pression osmotique extérieure (milieu extérieur normal), cette proportion est de extérieure (milieu extérieur normal), cette proportion est de 15/1 15/1

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