IV. BACTÉRIES PHOTOTROPHES ANOXYGÉNIQUES

IV. LES BACTÉRIES PHOTOTROPHES ANOXYGÉNIQUES Dr Mouffok A.

IV. BACTÉRIES PHOTOTROPHES ANOXYGÉNIQUES

IV.1. Caractères généraux

Ce sont des cellules à G- qui se présentent sous forme sphérique, spiralées, en bâtonnets ou

vibrioïdes et leur diamètre = 0,3-6,0 µm. Elles se présentent à l'état isolé ou en agrégats

réguliers ou irréguliers. Des formes unicellulaires ou multicellulaires filamenteuses peuvent

aussi exister. Dans la plupart des cas la reproduction se fait par fission binaire ; quelques

espèces se reproduisent par bourgeonnement. Ces bactéries possèdent ou non des vacuoles à

gaz ; et sont mobiles ou immobiles, la mobilité s'effectue par l'intermédiaire des flagelles ou

par glissement, les flagelles sont monotriches ou polytriches.

Les pigments photosynthétiques sont localisés dans la membrane cytoplasmique (s-grpe 4),

ou dans des types variés de systèmes membranaires intracytoplasmiques (s-grpes 1-3), ou dans

des chlorosomes (s-grpes 5 et 6). Les couleurs des suspensions cellulaires sont : pourpre-

violet, pourpre-rouge, rosé-rouge, jaune-brun, brun et vert. Les bactériochlorophylles

(Bchl a,b,c,d,e,g ) et les caroténoïdes sont communes à toutes les espèces. Ce sont des germes

phototrophes ou photo-organotrophes sous des conditions anaérobies ou aérobies.

Contrairement à la photosynthèse oxygénique des cyanobactéries, la photosynthèse

anoxygénique dépend d'un donneur d'électrons exogène, tels que les composés sulfurés

réduits, l'hydrogène moléculaire ou des composés organiques.

Au cours de l'oxydation des sulfures, des globules de soufre sont transitoirement stockées à

l'intérieure des cellules (s-grpe l) ou à l'extérieure des cellules (s-grpes 2-5). Ces

bactéries peuvent accumuler des polysaccharides, du p-hydroxybutyrate, et des

polyphosphates. Le CO2 est assimilé à travers le cycle réducteur des pentoses phosphates ou

le cycle réducteur des acides tricarboxyliques (s-grpe 5). Les sels d'ammonium sont utilisés

comme source d'azote.

La fixation de l'azote atmosphérique a été démontrée chez la plupart des représentants de

tous les sous-groupes à l'exception du sous groupe 6. A l'exception du s-grpe 5, beaucoup

d'espèces sont capables de croître en chimio-autotrophie ou en chimio-organotrophie sous des

conditions anaérobies ou microaérobies. Les acides gras, les acides organiques, ou les

alcools servent comme source de carbone ou comme donneurs d'électrons. Leurs habitats

sont les zones anaérobies des sols humides et des environnements aquatiques

représentés par les eaux douces, les eaux stagnantes, hypersalines et marines.


34

Bactéries phototrophes anoxygéniques.

IV.2. Biologie et taxonomie

On distingue en effet 5 grandes familles, les Rhodospirillaceae ou bactéries pourpres non

sulfureuses, les Chromatiaceae et les Ectothiorhodospiraceae ou bactéries pourpres

sulfureuses, les Chlorobiaceae ou bactéries vertes sulfureuses et les Chloroflexaceae,

bactéries vertes non sulfureuses mais à l'inverse des précédentes elles ont une forme

flexueuse et une mobilité par glissement.

D'après la 9ème

édition du Bergey's manuel, les bactéries phototrophes sont divisées en 7

sous-groupes.

Tableau IV.1. Caractéristiques des principaux groupes de bactéries phototrophes.

IV.2.1. Bactéries pourpres non sulfureuses ( Rhodospirillaceae ) s-groupe3

Phylum. Proteobacteria, Classe Alpha-Proteobacteria, Ordre Rhodospirillales

Famille. Rhodospirillaceae : Rhodospirillum, Azospirillum, Conglomeromonas,

Defluvicoccus, Inquilinus, Magnetospirillum, Phaeospirillum, Rhodocista, Rhodospira,

Rhodospirillum, Rhodothalassium, Rhodovibrio, Roseospira, Skermanella,

Thalassobaculum,Telmatospirillum, Tistrella


35

Les cellules croissent préférentiellement en assimilant des substances organiques simples,

quelques espèces sont capables d'utiliser les sulfites et les thiosulfates comme donneurs

d'électrons pour la photo-assimilation du CO2. En présence des sulfites et de lumière, des

globules de sulfures peuvent apparaître seulement à l'extérieur des cellules. La plupart

des genres sont capables de croître en chimio-hétérotrophie sous des conditions aérobies

ou microaérobies en absence de lumière. Les ions ammonium et l 'N2 sont utilisés comme

source d'azote. La plupart des genres exigent un ou plusieurs facteurs de croissance

(biotine, thiamine, niacine, et acide p-aminobenzoique).

L'oxygène inhibe la synthèse des bactériochlorophylles et des caroténoïdes. Ces bactéries

peuvent souvent fixer l'azote atmosphérique.

IV.2.2. Bactéries pourpre sulfureuses sous-groupes 1 et 2

Phylum. Proteobacteria, Classe III. Gamma-Proteobacteria, Ordre I. Chromatiales.

Dans la nouvelle classification, ces bactéries sont subdivisées en 2 sous-groupes :

Le sous-groupe l rassemble les genres qui accumulent les globules de soufre à l'intérieur

des cellules (Chromatiaceae) et le sous-groupe 2 contient les genres dont les globules de

soufre sont excrétés à l'extérieure des cellules (Ectothiorhodospiraceae).

Les cellules sont capables de croitre en présence des sulfites et des sulfures comme seule

source d’électrons pour l’assimilation photosynthétique du CO2. Elles contiennent les

bactériochlorophylles a et b et les pigments caroténoïdes des sous-groupes1-4. Ces bactéries

sont anaérobies strictes et phototrophes obligées, cependant certains genres sont des

chimioautotrophes facultatifs sous des conditions microaérobies ou aérobies (Thyocystis,

Lamprobacter). La croissance phototrophe a lieu en présence de donneurs d’électrons tels

que : sulfite, sulfures, thiosulfate, ou H2 ou encore des substances organiques (acides

organiques : acétate, propionate, pyruvate et lactate, éthanol, glycérol).

Les différents genres :

Amoebacter: A.roseus, 3 espéces

Chromatium: C. okenii, 12 espéces

Lamprobacter:L. modestohalophilus

Lamprocystis:L. roseopersicina


36

Thiocapsa:T. roseopersicina, 2 espèces

Thiocystis:T. violacea

Thiodictyon: T. elegans

Thiopedia:T. roseu

Thiospirillum:T.jenense

Ectothiorhodospira: E. mobilis, 7espèces

IV.2.3. Bactéries vertes sulfureuses

Phylum Chlorobi, Classe Chlorobia, Ordre Chlorobiales

Famille I. Chlorobiaceae: Chlorobium, Ancalochloris,Chlorobaculum, Chloroherpeton,

Pelodictyon, Prosthecochloris

Chez les Chlorobiaceae les cellules se présentent sous forme étoilée, en bâtonnet court

ou long (droit ou incurvé), ovoïde ou sphérique. Dans le sous-groupe 5 (Chlorobiaceae),

les cellules sont capables de croître en présence des sulfures ou des sulfites comme

donneurs d'électrons pour l'assimilation photosynthétique du CO2. En présence des sulfites

et de la lumière, les globules de soufre sont accumulés à l'extérieur des cellules, jamais à

l'intérieur. Toutes les espèces sont anaérobies strictes et phototrophes obligées . Les

composés organiques simples sont assimilés photosynthétiquement en présence de

sulfites et de bicarbonates. La vitamine B12 peut être nécessaire à la croissance. Les

cultures apparaissent vertes (Bchl c et d) ou brunes (Bchl e). Les antennes de

bactériochlorophylles sont localisées au niveau des chlorosomes et attachées à la

membrane cytoplasmique (s-grpe5 Chlorobiaceae ).

IV.2.4. Bactéries vertes non sulfureuses

Phylum BVI. Chloroflexi, Classe I. Chloroflexi, Ordre I. Chloroflexales

Famille I. Chloroflexaceae: Chloroflexus, Chloronema,Heliothrix, Roseiflexus

Dans le sous-groupe 6 (Chloroflexaceae), les cellules (1 série) sont arrangées en filaments

multicellulaires et sont capables de mobilité par glissement, toutes les espèces sont des

aérobies facultatives et utilisent préférentiellement des composés organiques simples

pour le métabolisme phototrophe ou chimiotrophe. Elles contiennent des

bactériochlorophylles et des caroténoïdes.


37

Les membres de cette famille ont tendance à vivre en associations ectosymbiotiques dans

lesquelles une bactérie chimio-organotrophe habituellement mobile est entourée d'une

bactérie sulfureuse verte qui se divise de façon synchrone. Ces associations portent des noms

spécifiques. Ce sont des bactéries à paroi flexible et possédant les bchl a, d ou e.

IV.3.Physiologie

Les bactéries phototrophes sont capables de phototaxie et elle est

caractéristique des bactéries photosynthétique mobiles (pourpres). Lorsque l'intensité

lumineuse décroît dans un sens, les cellules mobiles se déplacent en sens contraire. Cette

phototaxie réside dans une répulsion par l'obscurité et non dans une attraction par la

lumière. Leur métabolisme fait intervenir des pigments particuliers et des appareils

photosynthétiques de structures bien spécifiques

IV.3.1. Pigments photosynthétiques

Les bactériochlorophylles rencontrées chez les bactéries sont chimiquement distinctes de la

chlorophylle a rencontrée chez les plantes et les algues, y compris les algues bleu-vert.

Leur nombre est au minimum 5 ( Bchl a, b, c, d, et e ) et ces bactériochlorophylles

sont caractérisées par des maximum d'absorption différents. Généralement les Bchl a et

b prédominent chez les bactéries pourpres sulfureuses ou non, alors que les Bchl c, d, et e

prédominent chez les bactéries vertes excepté le genre Heliothrix qui contient de

faibles quantités de Bchl a. Les pigments caroténoïdes rencontrés chez les bactéries

pourpres appartiennent à la série chimique de la spirilloxanthine (lycopène, rhodopine,

chloroxanthine, okénone, rhodopinale, etc), tandis que ceux rencontrés chez les bactéries

vertes appartiennent à la catégorie des chlorobactènes ( chlorobactène, β-carotène, γ -

carotène, isoréniératène).

IV.3.2. Appareils photosynthétiques ou chromatophores

L'appareil photosynthétique des bactéries pourpres se présente sous forme de membranes

multilamellaires toujours en liaison avec la membrane cytoplasmique dont ils ne seraient

que des expansions. Elles présentent des aspects et des arrangements variés en fonction

des espèces : sphères creuses, lamelles régulières parallèles à la membrane

cytoplasmique, lamelles plus courtes en amas inclinées, invaginations tubulaires, amas de

cylindres creux en couches parallèles (chromatophores ou lamellae). Tandis que chez


38

les bactéries vertes, ils se présentent sous forme de vésicules oblongues, en forme

de cigares, appelées chlorosomes.

IV.3.3. Photophosporylation

Le mécanisme biochimique de la biosynthèse proposé par Calvin montre que l'énergie

est sous forme d'ATP, tandis que le pouvoir réducteur est apporté sous forme de NADH2

ou NADPH2. Les réactions qui en sont à l'origine de ces deux réactions sont dites

photophosphorylation.

IV.3.3.1. Photophosporylation cyclique

L'énergie lumineuse est absorbée sous forme de quanta dans l'appareil photosynthétique

au niveau des centres réactionnels (Bchl associées à des transporteurs d'électrons). Les

pigments se trouvant donc dans un état excité vont libérer un électron qui sera capté par des

transporteurs qui déclenchera au passage une recharge de l'ADP en ATP. Enfin les

électrons reviennent à leur point de départ, c'est à dire le centre réactionnel. Le

processus est dit cyclique.

IV.3.3.2. Photophosporylation non cyclique

Les centres réactionnels des bactériochlorophylles, activés par la lumière, libèrent des

électrons qui servent à la réduction des cœnzymes pyridiniques NAD et NADP. La

réduction des bactériochlorophylles n'est pas réalisée, cette fois, par une cyclisation des

électrons émis mais grâce à des donneurs exogènes d'électrons minéraux ou organiques.

Parallèlement de l'ADP est transformé en ATP. Le processus est dit non cyclique.


39

IV.3. 4. Croissance phototrophe

L'exigence ou non d'un pouvoir réducteur au cours de la croissance dépend de la source de

carbone. Si le CO2 est la seule source de carbone, il y a nécessité d'un pouvoir réducteur qui

est fournit par des composés réduits du soufre ou de l'H2.

Le pouvoir réducteur nécessaire à la fixation du CO2 peut provenir des composés

organiques ; dans ce cas là, ces substances peuvent représenter une source de carbone et le

CO2 peut ne pas être fixé. En fait, la réduction ou non du CO2 en présence des composés

organiques dépend de l'état d'oxydation de ces composés. Les composés tels que

l'acétate, le glucose et le pyruvate sont à peu près au même niveau d'oxydation que le

matériel cellulaire et peuvent être assimilés directement comme source de carbone sans

avoir besoin d'oxydation ou de réduction (CO2 non fixé). Les Acides gras, tels que le

propionate, le butyrate ou le caprylate sont plus réduits que le matériel cellulaire et disposent

d'un excédent d'électrons pour la réduction du CO2. La quantité de CO2 fixe par les bactéries

pourpres et vertes croissant en présence de composés organiques dépend aussi bien de l'état

d'oxydation de ces composés que de la présence ou non de donneurs d'électrons inorganiques

tels que les sulfures.


40

Beaucoup de bactéries phototrophes peuvent croître en phototrophie en utilisant l'H 2

comme donneur d'électrons et le CO2 comme seule source de carbone, car ces

organismes possèdent une hydrogénase et le hydrogénase et le cycle de Calvin-Benson

(excepté les Chlorobiaceae) pour fixer le CO2.

En absence de NH4 comme source d'azote, beaucoup de bactéries pourpres produisent de

L'hydrogène en présence de lumière. Ceci est lie à la présence chez ces organismes d'une

nitrogénase, enzyme impliquée dans la fixation de l'azote atmosphérique.

La réaction de la nitrogénase peut être schématisée de la façon suivante :

N2 + 8H+ + 6 e- + 16 Mg- ATP 2 NH3 +H2 + 16 Mg-ADP + 16 Pi

IV.3.5. Fixation du carbone chez les bactéries phototrophes

Presque toutes les bactéries phototrophes peuvent fixer le CO2. Ces bactéries produisent donc de

l'ATP et du NADH2-NADPH2 nécessaire a la fixation de CO2. Cette fixation

s'effectue par l'intermédiaire du cycle Calvin-Benson ou figure 2 enzymes caractéristiques :

la Ribulose 5-phosphate kinase et la Ribulose 1,5-biphosphate carboxylase ( Rubisco).

Chez les Chlorobiaceae, des auteurs ont découvert une autre voie de fixation de CO2 à travers

l'inverse du cycle des acides tricarboxyliques ou l'inverse cycle de Krebs. Cette voie passe par

la ferrodoxine réduite qui conduit à la synthèse d'acides a α -cétoniques comme le pyruvate ou

α -cétoglurate. Dans cette voie de fixation du CO2, deux enzymes ferrodoxine dépendantes sont

présentes:

Pyruvate synthétase

I-Acetyl-CoA + CO2 + Fdred pyruvate + CoA + Fdox

α-cétoglutarate

II- Succinyl-CoA+ + CO2 + Fdred α-cétoglutarate + CoA + Fdox

synthétase

Chez Chloroflexus aurantiacus des auteurs ont découvert une autre voie de fixation du

CO2 à travers l'unique cycle du 3-hydroxypropionate. Le glyoxylate est formé à partir de

l'acetyl-CoA après la fixation de deux molécules de CO2 par deux enzymes respectives,

acetyl-CoA et propionyl-CoA carboxylases, pendant que l'acetyl-CoA est régénéré dans ce

cycle.


41

IV.3.6. Métabolisme du soufre chez les bactéries phototrophes

La plupart des bactéries pourpres et vertes sont capables d'oxyder les composes sulfurés sous

des conditions anaérobies en formant des sulfates. Les composés sulfures les plus

communément utilisés sont le sulfite (SO3-), et le thiosulfate (S2O3

2-). Le tétrathionate (S4O6

2-) qui est un produit d'oxydation du thiosulfate est aussi utilisé par quelques organismes

après sa réduction en thiosulfate. Le soufre élémentaire qui est fréquemment forme durant

l'oxydation des sulfures ou des thiosulfates se dépose soit à l'extérieur soit à l'intérieur de la

cellule. Le soufre élémentaire déposé a l'intérieur de la cellule est rapidement disponible

comme source de composés sulfures réduits. Celui qui est déposé à l'extérieur de la cellule

l'est beaucoup moins en raison de son insolubilité. Le soufre est probablement un produit

de stockage formé quand la concentration des sulfites et des thiosulfates est élevée au

niveau de l'environnement, alors que sous des conditions limitantes de sulfites, ces

derniers seront oxydés directement en sulfates sans formation de S°.

Chez Chromatium, à l'obscurité, la source d'électrons pour la réduction de S° provient du

glycogène. En présence d'un donneur d'électrons externe, tel que l'acétate, le S° peut servir

comme accepteur d'électrons pour le maintien du métabolisme à l'obscurité et également en

anaérobiose lorsqu'il y a absence de stockage du polysaccharide.


42

V. LES BACILLES À GRAM NÉGATIF AÉROBIES-ANAÉROBIES

FACULTATIFS

V.1. Enterobacteriaceae

V.1.1. Caractères bactériologiques

La famille des Enterobacteriaceae comprend de nombreux genres bactériens répondant à la

définition suivante : bacilles droits à G-, aéro-anaérobies, mobiles ou non, facilement

cultivables, réduisant les nitrates en nitrites, dépourvus d'oxydase, catalase positive, nitrate

réductase positive, non acido-résistants, de 0,3 à 1,0 µm de diamètre sur 1,0 à 6,0 µm de

longueur, non sporulés, parfois capsulés, possédant une ciliature péritriche pour les espèces

mobiles, chimio-organotrophes, possédant à la fois un métabolisme respiratoire et fermentatif,

fermentant le glucose (avec ou sans production de gaz), capables de croître sur des milieux

ordinaires à base de peptone ou d'extraits de viande, non halophiles, possédant l'antigène de

Kunin (appelé ECA : Enterobacterial Common Antigen) et ayant un (%) G + C compris entre

38 et 60.

Les entérobactéries sont une famille très hétérogène pour ce qui est de leur pathogénie et de

leur écologie. Les espèces qui composent cette famille sont en effet soit parasites (Shigella,

Yersinia pestis), soit commensales (Escherichia coli, Proteus mirabilis, Klebsiella sp), soit

encore saprophytes (Serratia sp, Enterobacter sp).

Les principaux caractères permettant de différencier la famille des Enterobacteriaceae des

familles apparentées (Alteromonadaceae, Vibrionaceae, Aeromonadaceae et Pasteurellaceae)

sont les suivants : Bacilles droits ou incurvés, mobilité (+/-), présence ciliature polaire (+/-),

présence ciliature péritriche ou présence de flagelles latéraux (+/-), oxydase (+/-), halophilie

(+/-), présence de l’antigène de Kunin (+/-), exigence de facteurs X (hemine-Porphyrine

contenant du fer) ou V (NAD) d'oxydoréduction) (+/-).

V.1.1.1.Tests clés pour distinguer les entérobactéries des autres bactéries de

morphologie semblable

Recherche de l’oxydase: entérobactéries toujours négatives: sépare les entérobactéries des

bactéries oxydase + des genres Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio, Alcaligenes,

Achromobacter, Flavobacterium, Cardiobacterium, qui peuvent présenter une morphologie

semblable ; nitrate réduit seulement en nitrite (recherche des nitrites après croissance) : permet

de distinguer les entérobactéries des autres bactéries qui réduisent les nitrites en N2 (détection


43

de la formation de gaz), comme Pseudomonas et de nombreuses autres bactéries oxydase

positive ; capacité a fermenter le glucose, distingue les entérobactéries des bactéries aérobies

strictes.

V.1.2. Habitat et pouvoir pathogène

Les entérobactéries sont des bactéries ubiquitaires avec un habitat très large : eau douce, sol,

végétaux, animaux (insectes jusqu'à l'homme) et peuvent contaminer des denrées alimentaires.

Certaines espèces sont responsables de diarrhées et/ou d'infections opportunistes (infections

urinaires, infections respiratoires, surinfections des plaies, septicémies, méningites). Chez

l'homme, les entérobactéries, notamment Escherichia coli., Klebsiella spp., Enterobacter spp.,

Proteus spp., Providencia spp. et Serratia marcescens subsp. sont responsables d'environ 50 %

des infections nosocomiales (hospitalière).

V.1.3. Caractères antigéniques

Les entérobactéries possèdent différents antigènes :

Un antigène commun dénommé ECA (pour Enterobacterial Common Antigen) ou

antigène de Kunin. Cet antigène n'existe que chez les entérobactéries et, de ce fait, a un

intérêt taxonomique. Sa présence chez les Yersinia a permis d'inclure ce genre dans la

famille des entérobactéries.

Les antigènes O ou somatiques, correspondent aux polyosides fixés sur les

lipopolysaccharides (LPS). Ils sont thermostables et résistent à l'alcool. Les bactéries

portant des antigènes O sont agglutinées par les anticorps correspondants ; les agglutinats

sont fins, lents à se constituer et difficilement dissociables par agitation (agglutination

"corps à corps"). L'antigène O, composé d'un lipide A commun et toxique, d'une partie

polyosidique commune à toutes les entérobactéries (le core) sauf de rares mutants et d'une

partie polyosidique apportant la spécificité des formes S.

Les antigènes H ou flagellaires n'existent que chez les souches mobiles. Constitués de

protéines spécifiques dénommées flagelline, ils sont thermolabiles et inactivés par l'alcool.

Ils provoquent une agglutination floconneuse (accolement des bactéries par leurs flagelles),

rapidement constituée mais facilement dissociable par agitation (rupture des flagelles).

Les antigènes de surface comprenant :

o les antigènes K, capsulaires, de nature polysaccharidique. Chez les Escherichia coli, les

Shigella ou chez certaines Salmonella et Citrobacter (alors appelés Vi), ils masquent

l'agglutination par les anticorps anti O qui peut être restituée après chauffage de la souche

car ils sont détruits par ébullition.


44

o les antigènes d'adhérence ou adhésines de nature protéique, portés par des pili communs

(encore appelés fimbriae).

V.1.4. Les types fermentaires chez les entérobactéries

Une des caractéristiques taxinomiques importantes pour la séparation des divers genres

d'entérobactéries est le type et la proportion des produits de la fermentation anaérobie du

glucose. Deux modèles sont identifiés, la fermentation acides mixtes et la fermentation

butanediolique (figure 1).

Figure V.1. Fermentation entérique. Différence entre a. fermentation acides mixtes et b.

butanediolique.

Dans la fermentation acide mixte, trois acides sont formés en quantité significative : acétique,

lactique et succinique ; de l'éthanol, du CO2 et de l'hydrogène sont également formés, mais pas

de 2,3-butanediol. Dans la fermentation butanediolique, une plus faible quantité d'acides est

formée et le butanediol, l'éthanol, le CO2 et l'H2 sont les produits principaux. Lors d'une

fermentation acide mixte, des quantités égales de CO2 et d'H2 sont produites, alors que lors

d'une fermentation butanediolique, le CO2 produit est largement majoritaire par rapport à l'H2.


45

Ceci parce qu'en fermentation acide mixte, le CO2 est produit uniquement à partir de l'acide

formique au moyen du système d'enzymes de l’hydrogène formiate lyase :

HCOOH → H2 + CO2

Cette réaction a pour conséquence la production de quantités égales de CO2 et H2. En

fermentation butanediolique, du CO2 et de l'H2 sont également produits à partir de l'acide

formique, mais deux molécules additionnelles de CO2 sont produites lors de la formation de

chaque molécule de 2,3-butanediol (Fig. V.1).

V.1.5. Identification des entérobactéries

Une grande variété de tests diagnostic et de milieux de différenciation est utilisée pour séparer les

divers genres dans les deux grands groupes d'entérobactéries (gélose de Mac-Conkey ou gélose

de Drigalski ou gélose EMB (éosine bleu de méthylène)). La phase d'isolement peut être

précédée par une étape d'enrichissement en bouillon. Sur la base de ces derniers et d'autres

tests, les genres peuvent être définis (H2S_TSI, Uréase, VP (Voges Proskauer), Indole, mobilité,

Gaz_glucose, β-glucosidase, KCN, citrate, RM (Rouge de Méthyle). En raison de la proximité

génétique des entérobactéries, leur identification sans équivoque présente souvent une

difficulté considérable. Dans les laboratoires cliniques, l'identification est souvent basée sur

l'analyse informatisée d'un grand nombre de tests effectués en utilisant des kits miniaturisés de

diagnostic rapide et des sondes immunologiques ou à acides nucléiques.

V.1.6. Classification – écologie

Domain Phylum Proteobacteria, Classe Gamma-Proteobacteria, Ordre Enterobacteriales,

Famille Enterobacteriaceae.

- Pour des raisons médicales et de santé publique, nous pouvons diviser les entérobactéries en 2

groupes.

a- Lactose + : il inclut les germes saprophytes et commensaux, tels que : Escherichia,

Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter (coliformes)

b- Lactose - : ou le fermentent lentement. Il regroupe les germes pathogènes tels que :

Salmonella, Shigella, Serratia, Proteus et certaines espèces de Citrobacter (germes

pathogènes).

- Pour des raisons d’ordre pathogénique et écologique, nous classer les entérobactéries en 3

groupes :


46

V.1.6.1. Groupe des pathogènes spécifiques

V.1.6.1.1. Escherichia

a. Bactériologie : E.coli exprime les caractères généraux des entérobactéries. Il est en outre

lactose +, indole +, acétoïne -, citrate -, H2S -, gaz +, uréase -.

1- Antigènes

- O : ils comprennent 180 types antigéniques détectables par agglutination.

- H : au nombre de 56, ils sont difficiles à mettre en évidence.

- K : On distingue actuellement 93 antigènes K de structure polysaccharidique : les souches

les plus pathogènes possèdent l'antigène K1.

2- Facteurs de pathogénicité : L'étude des facteurs de pathogénicité des colibacilles ont

montré que dans l'espèce, il existe de nombreux variants exprimant des potentialités

pathogènes diverses : les pathovars. Les facteurs de pathogénicité sont :

Une capsule qui s'oppose à la phagocytose.

Des protéines de la membrane externe et le LPS donnant aux bactéries la capacité

d'échapper à l'activité bactéricide du sérum de l'hôte en s'opposant à la fixation du

complément.

Des systèmes de captation du fer -les sidérophores- fournissant aux bactéries le fer

indispensable à leur multiplication, au détriment de la transferrine.

Des adhésines : conférant aux souches qui les possèdent la propriété de se fixer aux

cellules épithéliales. De nature protéique, elles sont portées le plus souvent par des pili

communs.

Des toxines :

o l'endotoxine, commune aux entérobactéries,

o les entérotoxines ST (thermostables) et LT (thermolabiles). Ce sont des toxines

cytotoniques qui agissent sur le contrôle entérocytaire de la sécrétion hydro-

électrolytique.

o les cytotoxines SLT1 et SLT2 (Shiga-like toxin). Ce sont des toxines qui altèrent

l'intégrité des entérocytes.

Les Escherichia peuvent jouer un rôle nutritionnel dans le tractus intestinal en synthétisant des

vitamines, en particulier la vitamine K. En tant qu'aéro-anaérobie facultatif, cette bactérie aide

probablement aussi à consommer l'oxygène, rendant de ce fait le gros intestin anoxique.

Leur pouvoir pathogène est induit par des facteurs d’adhésion et/ou la production

d’entérotoxine. Les Escherichia peuvent également causer des :


47

- Infections de l'arbre urinaire - Infections abdominales - Bactériémies - Le choc

endotoxinique (chute de la pression artérielle causée par la présence dans le sang

d'endotoxines) - Méningites et bactériémies du nouveau né et du nourrisson - Syndromes

diarrhéiques

A l’intérieur de l’espèce, on distingue des pathotypes associés à des sérotypes particuliers.

Certains de ces pathotypes sont responsables d’infections intestinales (gastro-entérites et

diarrhées) et sont appelées:

- Souches entérotoxinogènes: ETEC (Enterotoxinogen Escherichia coli) : sont responsables

de la "diarrhée des voyageurs" et de syndromes diarrhéiques épidémiques dans les pays du

tiers-monde.

- Souches entéroinvasives : EIEC (Enteroinvasive Escherichia coli) : sont responsables de

syndromes dysentériques avec invasion de la muqueuse intestinale.

- Souches entérohémorragiques : EHEC (Enterohaemorragic Escherichia coli) : sont

responsables de diarrhées sanglantes et de colites hémorragiques liées à la production de

toxines SLT.

- Souches entéropathogènes : EPEC (Enteropathogen Escherichia coli) : sont responsables

de gastro-entérites infantiles, selon un mécanisme physiopathologique imparfaitement

élucidé.

V.1.6.1.2. Salmonella

Définition et habitat : Les Salmonella sont des entérobactéries dont les caractères essentiels

sont de ne pas fermenter le lactose et de ne pas produire d'uréase. Les Salmonella sont des

parasites de l'homme, des mammifères (rongeurs), des oiseaux (volailles) et des animaux à

sang froid (reptiles). Elles sont responsables, après pénétration par voie orale, de nombreuses

infections (salmonelloses), notamment des fièvres typhoïde et paratyphoïdes (maladies à

déclaration obligatoire n° 1), des gastro-entérites et des toxi-infections alimentaires

collectives (maladies à déclaration obligatoire n° 12).

Le principal mode de contamination chez l'homme est l'ingestion à partir de l'eau (S. typhi

surtout), des aliments (ex. produits laitiers, œufs, viande) ou d'animaux familiers porteurs

(tortues).

Classification : Les travaux récents de taxonomie, en particulier par hybridation de l'ADN,

ont permis de conclure que le genre Salmonella ne comportait qu'une seule espèce,

Salmonella enterica. Cette espèce comprend 7 sous-espèces différenciées par leurs biotypes.


48

Les sous-espèces sont subdivisées en près de 2000 sérovars sur la base de leurs antigènes O,

H et de capsule. Les sérovars étaient auparavant considérés comme des espèces distinctes.

Salmonella et Escherichia sont très étroitement liés, ces deux genres présentant environ 50 %

d'homologie génomique par hybridation ADN/ADN. Cependant, contrairement à la plupart

des Escherichia, les membres du genre Salmonella sont habituellement pathogènes pour les

humains ou d'autres animaux à sang chaud. Chez l'homme, les maladies les plus

communément provoquées par des salmonelles sont les fièvres typhoïdes et les gastro-

entérites. Les salmonelles sont caractérisées au niveau immunologique sur la base de trois

antigènes externes, l'antigène O (somatique), ou antigène de paroi, l'antigène H ou flagellaire

et l'antigène Vi (couche externe du polysaccharide), trouvé principalement chez les souches de

Salmonella responsables de fièvres typhoïdes.

Les antigènes O font partie des lipopolysaccharides que compte la couche extérieure de la

membrane externe de ces organismes. Le genre Salmonella contient plus de 1000 sérotypes

distincts ayant des spécificités antigéniques différentes au niveau des antigènes O. Des

subdivisions antigéniques additionnelles sont basées sur les spécificités antigéniques

flagellaires (H). Il existe peu ou pas de corrélations entre le type antigénique d'une salmonelle

et les symptômes de la maladie, mais le sérotypage permet le suivi épidémiologique des

souches impliquées.

V.1.6.1.3. Shigella

Les shigelles sont également génétiquement très proches d'Escherichia. Des essais

d'homologie d'ADN montrent que des souches de Shigella présentent 70 % voire plus

d'homologie génomique avec Escherichia coll. Cependant, contrairement à Escherichia,

Shigella est généralement pathogène pour les humains et est responsable d'un type de gastro-

entérite assez grave appelé dysenterie bacillaire. Shigella dysenteriae est transmise par l'eau

ou les aliments et possède un caractère invasif par rapport aux cellules de l'épithélium

intestinal. Une fois établie, elle produit une endotoxine et une neurotoxine qui provoquent des

effets entérotoxiques (gastro-intestinaux).

V.1.6.1.4. Yersinia

Y. pseeudotuberculosis est largement répandue chez de nombreuses espèces animales (rongeurs,

oiseaux, homme). Y. ruckeri : bactérie aquicole est responsable d’une infection épidémique des

possons d’élevage " red mouth disease ". D’autres espèces sont d’une importance économique


49

marquée à cause de leur pouvoir pathogène pour les plantes, les agrumes, les céréales (Erwinia),

les poissons (Edwardsiella, Y. ruckeri ).

V.1.6.2. Groupe des coliformes, tests de contamination fécale.

Ce groupe est d’un intérêt considérable pour déterminer la qualité d’une eau ou d’un aliment. Par

exemple la présence d’un seul coliforme fécal par 100 ml rend une eau impropre à la

consommation et nécessite une ébullition. Pour les coliformes totaux, seul 1 échantillon/21 est

toléré positif et doit contenir un maximum de 10 coliformes totaux par 100 ml.

Les coliformes totaux. Les coliformes totaux sont définis comme étant des bactéries en forme

de bâtonnet, aérobies ou anaérobies facultatives, possédant l’enzyme ß-galactosidase

permettant l’hydrolyse du lactose à 35°C Les principaux genres inclus dans le groupe sont :

Citrobacter, Enterobacter, E coli, Klebsiella et Serratia.

Les coliformes fécaux, ou coliformes thermotolérants, sont un sous-groupe des coliformes totaux

capables de fermenter le lactose à une température de 44,5 oC. L’espèce la plus fréquemment

associée à ce groupe bactérien est l'Escherichia coli (E.coli) et, dans une moindre mesure,

certaines espèces des genres Citrobacter, Enterobacter et Klebsiella.

Ainsi l’absence de ces germes dans les eaux ou les aliments permet de garantir l’absence des

bactéries spécifiquement pathogènes (Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae) ou d’entérovirus car

ces germes peuvent être véhiculés par des malades ou des porteurs sains.

V.1.6.3. Groupe des colonisateurs et pathogènes opportunistes.

En fait toutes les entérobactéries peuvent être des pathogènes opportunistes et colonisateurs dans

la mesure où elles entrent en contact avec des malades dont les défenses immunitaires sont

déficientes ou réprimées (diabétiques, greffés, transplantés, cancéreux, leucémiques). Ces genres

sont ubiquistes, ils sont isolés à partir des matières fécales, des aliments, de l’eau, du sol, des

végétaux et des céréales.

Certaines espèces de Citrobacter, Klebsiella et Enterobacter

Proteus : protéolytiques, tellurique

Klebsiella pneumoniae : pneumonies chez l'homme. Fixe N2. Végète sur les plantes

Enterobacter : origine fécale et aquatique.

Hafnia : flore du lait cru et fromage (lait cru)

Serratia : isolée des produits pathologiques. Eaux et sol. Produit une série de pigments

rouges, contenant un noyau pyrrole, appelés prodigiosines.

Serratia ficaria fait partie d’un écosystème particulier, le figuir de Smyrne dont les fleurs sont

fécondées par une guêpe, Blastophaga psenes, porteuse de la bactérie


50

Erwinia : certaines espèces attaquent les plantes et provoquent des maladies :

altérations

V.2. Vibrionaceae

Domaine Bacteria, Phylum Proteobacteria, Classe Gamma-Proteobacteria Ordre

Vibrionales, Famille Vibrionaceae

Elle englobe des bâtonnets droits ou incurvés, mobiles au moyen de flagelles polaires. Des

flagelles latéraux additionnels peuvent être synthétisés dans certaines conditions de culture

(milieu solide). Organismes chimio-organotrophes anaérobies facultatifs doués d'activités

respiratoire et fermentaire. La plupart sont oxydase-positive. Tous utilisent le glucose comme

seule source de carbone et d'énergie. La plupart des espèces requièrent 20 à 30g/l de NaCl

pour une croissance optimale. Ce sont essentiellement des organismes aquatiques que l'on

rencontre dans les eaux douces, saumâtres ou marines. Plusieurs espèces sont pathogènes pour

l'homme, les poissons, les anguilles, les grenouilles et autres vertébrés et invertébrés. La

teneur en G+C de l'ADN varie de 38 à 63 mol %.

V.2.1. Vibrio (vibrio, se mouvoir rapidement en aller-retour, en vibrant)

Bâtonnets droits ou incurvés (0,5-0,8 x 1,4-2,6 microns), mobiles par flagellation polaire

monotriche ou lophotriche ; les flagelles sont contenus dans une gaine qui est une

continuation de la paroi cellulaire. Sur milieu solide, l'organisme peut synthétiser de multiples

flagelles latéraux avec une longueur d'onde plus courte. Non dénitrifiants mais quelques

espèces fixent l'azote atmosphérique (Vibrio diazotrophicus). Elles fermentent le glucose sans

production de gaz. A l’exception des espèces, Vibrio cholerae et Vibrio mimicus, qui sont

halotolérantes, les espèces de Vibrio sont halophiles et requièrent du sodium pour leur

croissance. Toutes les espèces de Vibrio, à l’exception de Vibrio metschnikovii et de Vibrio

gazogenes, sont oxydase positive. En milieu liquide, certaines souches marines possèdent de

nombreux appendices tubulaires, formés par la paroi cellulaire et dont la fonction est

inconnue. De nombreuses espèces accumulent des réserves de polyhydroxybutyrate (PHB).

Certaines souches produisent un pigment noir, rouge ou jaune-orangé. La plupart des espèces

n'exigent aucun facteur de croissance. La fermentation est acide mixte et conduit à la

formation de formate, acétate, lactate, succinate, pyruvate et éthanol. Deux espèces dont

Vibrio gazogenes, produisent du gaz (H2+CO2). Plusieurs espèces réalisent un clivage meta du

protocatéchuate. G-


51

Présence de cytochrome c (test de l'oxydase positif). Elles poussent abondamment en milieux

peptonés simples et généralement sur le milieu "marine agar" et sur la gélose Thiosulfate-

Citrate-Bile-Saccharose (TCBS).

La génétique de l'espèce Vibrio cholerae a été étudiée de façon extensive. Le gène de

structure de la toxine cholérique est chromosomal. Ont également été étudiés les phages, la

structure antigénique, la sensibilité aux antibiotiques et la pathogénicité de cette espèce qui

constitue l'espèce type du genre dont l'ADN renferme de 38 à 51 mol% de G+C. Plusieurs

espèces sont pathogènes pour l'homme et les animaux marins. Vibrio cholerae, l’espèce type,

est l'agent du choléra ; il produit la toxine cholérique dont l'action sur l'épithélium de l'intestin

grêle engendre les diarrhées caractéristiques de la maladie. L'espèce comprend plusieurs

sérovars de pathogénicité variable. Vibrio parahaemolyticus engendre une gastroentérite chez

l'homme à partir d'aliments marins contaminés.

Le genre Vibrio contient plus de 70 espèces isolées de milieux aquatiques de différente

salinité, ainsi qu'à la surface et le contenu intestinal d'animaux marins. Parmi les espèces

décrites à ce jour, 12 sont pathogènes pour l’homme. Il est possible de distinguer deux

populations parmi les vibrions pathogènes pour l’homme :

a- Vibrion cholérique: V. cholerae O1 et O139 : Les vibrions cholériques produisent,

comme principal facteur de pathogénicité, la toxine cholérique (responsable du passage

dans la lumière intestinale d’eau et d’électrolytes). Les souches de V. cholerae O1 et O139

toxinogènes isolées chez l'homme sont responsables d'épidémies de choléra.

b- Vibrions non cholériques : A la différence de ce qui se passe pour le choléra, il n’y a

pas de transmission interhumaine des infections à Vibrio cholerae non-O1/non-O139. Les

souches de V. cholerae non-O1/non-O139 n’ont qu’un réservoir, le réservoir

environnemental hydrique.


52

V.2.2. Photobacterium (en grec : phos, lumière)

Bâtonnets droits, épais (0,8-1,3 x 1,8-2,4 microns), mobiles par un à trois flagelles polaires

non engainés. Accumulent du PHB (poly(β-hydroxybutyrate)) sans être capables de le

métaboliser dans le milieu. Le test de l’oxydase est souvent négatif car le niveau de

cytochrome c est faible. Gaz moins. Certaines souches exigent NaCl et L-méthionine. Deux

espèces sont bioluminescentes. Communs dans les environnements maritimes et à la surface

et dans le contenu intestinal d’animaux marins. Certains sont symbiontes d’organes lumineux

spéciaux de certains poissons. ADN : 40-44 mol % G+C. Le genre comporte six espèces dont

l’espèce type, Photobacterium phosphoreum

Certaines souches ont la propriété d’émettre une lumière bleu-verte. Cette réaction, catalysée

par la luciférase, met en jeu le FMNH2, une aldéhyde à longue chaîne RCHO et l’oxygène.

FMNH2 + O2 + RCHO FMN + H2O + RCOOH + lumière

Ce phénomène est connu sous le nom de bioluminescence. La synthèse de la luciférase

(enzymes clés de la réaction de bioluminescence) dépend de la densité cellulaire suffisante

pour induire et excréter une substance inductrice de l’enzyme.

V.2.2.1. Bioluminescence

Un certain nombre de bacilles Gram négatif, à ciliature polaire, possèdent la propriété

intéressante d'émettre la lumière par un processus appelé bioluminescence. La plupart de ces

bactéries ont été classifiées dans le genre Photobacterium, mais quelques souches de Vibrio

sont également bioluminescentes. La plupart des bactéries bioluminescentes sont marines et

sont habituellement trouvées associées aux poissons. Quelques poissons possèdent un organe

spécial dans lequel les bactéries bioluminescentes se développent. D'autres bactéries marines

bioluminescentes vivent saprophytiquement sur les poissons morts et forment de temps en

temps les colonies visibles sur la surface de poissons. (Pour voir aisément cette

bioluminescence, il faut observer les échantillons dans une obscurité complète une fois que la

vision est adaptée à l'obscurité.

Bien que les souches de Photobacterium soient aérobies facultatives, elles ne sont

bioluminescentes qu'en présence d'oxygène. Plusieurs composants sont nécessaires pour créer

cette bioluminescence. Ceux-ci incluent l'enzyme luciférase et un aldéhyde aliphatique à

longue chaîne (par exemple, le dodécanal, ainsi que la flavine réduite (FMNH2) et l'oxygène.

Le donneur primaire d'électrons est le NADH, et les électrons utilisent la luciférase comme

suit : Luciférase

FMNH2 + 02 + RCHO FMN + RCOOH + H2O + lumière


53

Le système produisant la lumière constitue une déviation dans le passage des électrons du

FMNH2 à O2 sans impliquer d'autres porteurs d'électrons tels que des quinones ou des

cytochromes.

V.2.2.2. Régulation de la bioluminescence

L'enzyme luciférase est un genre unique de régulation de la synthèse appelé l'auto-

induction. Les bactéries lumineuses produisent une molécule organique spécifique,

l'auto-inducteur

(N-β-ketocaproyl homosérine lactone), qui s'accumule dans le milieu de culture pendant la

croissance. Quand la quantité de cette substance atteint un niveau critique, l'induction de la

luciférase se produit. Ainsi, les cultures des bactéries luminescentes peu concentrées en

cellules ne sont pas lumineuses. Elles ne deviennent lumineuses que lorsque la

croissance a amené une concentration de bactéries suffisante pour que l'auto-inducteur

puisse s'accumuler et fonctionner. C'est un mécanisme appelé le quorum sensing, en

raison de la nature concentration-dépendante du phénomène.

V.3. Aeromonadaceae

Domain: Bacteria ; Phylum: Proteobacteria ; Classe: Gamma-Aeromonas Ordre:

Aeromonadales.

Bâtonnets droits à cocoïdes (0,3-1 x 1-3,5 microns) aux extrémités arrondies, pouvant

former de courtes chaînes. Mobiles par un flagelle polaire. Les cultures jeunes sur milieu

solide peuvent présenter des flagelles péritriches. Fermentent les sucres en acides avec ou


54

sans gaz. Réduisent le nitrate en nitrite. Oxydase positive. Résistent à l'agent vibriostatique

O/129 (2,4-diamino-6,7-diisopropylptéridine). Amylase, lécithinase et phosphatase

positives, pectinase négative. On rencontre ces organismes dans les eaux douces et usées.

Certaines espèces sont pathogènes pour les grenouilles et les poissons. ADN : 57 à 63 mol

% de G+C. Le genre comprend dix-sept espèces divisées en deux groupes bien séparés. Le

premier dénommé Aeromonas salmonicida comporte quatre sous-espèces psychrophiles et

non mobiles. Le second comprend trois espèces mésophiles et mobiles dont l’espèce type

A. hydrophila. Aeromonas salmonicida est un parasite strict, occasionnant une furonculose

des saumons et des truites grâce à la synthèse d'une leucocidine. Les aéromonades mobiles

sont les agents de la maladie des pattes rouges des amphibiens ; ils engendrent également

des maladies chez les reptiles, les poissons, les bovins et l'homme, lorsque des blessures

sont exposées à des eaux polluées. Leur potentiel entéropathogène dépendrait de la

production d'une entérotoxine thermolabile.

IV. BACTÉRIES PHOTOTROPHES ANOXYGÉNIQUES

Documents

Transcript of IV. BACTÉRIES PHOTOTROPHES ANOXYGÉNIQUES