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Microbiologie Cours pour les étudiants de 2

ème année

Préparé par Dr. KHADIR Abdelmounaim

Introduction

Le monde microbien :

La microbiologie est une sous-discipline de la biologie basée sur l’étude des microorganismes (microbes) et

leurs interactions entre eux et avec environnement. Les micro-organismes sont des êtres vivants de trop

petite taille pour être vus à l’œil nu et qui nécessitent d’être examinés au microscope ; on a les virus,

bactéries, algues, champignons (levures et moisissures) et protozoaires. Les microbes sont présent

partout ; dans l’air, sol, eau des lacs et des océans ect., certains colonisent le corps humain et des animaux,

d’ailleurs Le nombre total de bactéries qui colonisent notre peau et nos muqueuses est 10 fois supérieur au

nombre des cellules de notre corps.

La majorité des microorganismes sont unicellulaires et certains sont pluricellulaires (cyanobactéries) alors

que d’autres sont acellulaire tel que les virus (ne sont pas des cellules).

La microbiologie s’intéresse à étudier leurs morphologies, structure, réactions biochimiques, génome,

physiologie, et les infections causé par ces microorganismes ect.

La grande partie des microbes jouent un rôle important dans la nature et pour la vie des êtres vivants, dans

certains cas les microbes sont bénéfiques par exemple ; la présence de certains de ces microbes est

indispensable pour le corps humain. Dans d’autres cas les microbes sont inertes ni bénéfiques ni nuisibles

alors que une petite partie de microbes sont dit pathogène c’est-à-dire provoque des maladies chez l’être

humain et les animaux.

L’étude des microbes permet d’augmenter les connaissances de ce monde microscopique et aussi les utiliser

à des fins thérapeutique, industrielle et écologique mais aussi pour mieux lutter contre ceux qui sont

pathogène pour l’homme et les animaux.

1- Historique

Anthony VAN LEEUWENHOEK (1632-1723):

Microscope de Anthony VAN LEEUWENHOEK

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Un marchand hollandais et grand amateur d’instruments d'optique Anthony VAN LEEUWENHOEK,

découvrit et décrivit pour la première fois, dans une série de lettres à la « Royal society of London », entre

1674 et 1687, le monde microbien. Il appela ces micro-organismes des animalcules. Il observa, l’eau de

pluie, sa propre matière fécale, la matière prélevée de ses dents.

Le concept de la génération spontanée :

On croyait que lorsque un organisme (animaux, végétaux ou des humains) est malade ou infecté, l’origine

de cette infection est l’organisme lui-même et non pas une source externe, Une génération

spontanée explique une théorie selon laquelle de la matière inerte peut spontanément donner naissance à un

organisme vivant cette théorie était Bien établie dans les esprits des gens et des scientifiques.

Après la découverte des animalcules par Van Leeuwenhoek, cette théorie se confirma encore et donc les

scientifiques pensaient que ces animalcules naissent spontanément à partir de ces organismes ou de d’autres

organismes en décomposition.

En 1861 Louis Pasteur montre qu'aucun micro-organisme ne se développe dans un ballon fermé et stérilisé

contenant de la matière organique et donc la génération spontanée n'existe pas.

2- Caractéristique générales de la cellule procaryote

Les procaryotes (Prokaryota ou Prokarya ) du grec « pro » qui signifie « avant » et Karyon qui signifie

noyau. Ce sont des organismes unicellulaire dont la cellule ne possède pas de noyau cellulaire.

Il existe des différences importante entre la cellule procaryote et la cellule eucaryote, parmi ces différence

l’absence d’organites chez la cellule procaryote ainsi que la membrane nucléaire, donc le chromosme

bactérien se trouve directement dans le cytoplasme.

Louis pasteur (1922-1895) Vaccination/stérilisation..

Robert koch 1843/1910 Allmagne (bacille de Koch)

Bacille de la tuberculose

Theodor Escherich

(1857 -1911) Découvreur E coli en 1885

Alexander Fleming 1881 /1955 à

Londres Découvreur de la pénicilline en 1929

Cellule procaryote

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On considère habituellement qu'il y a deux grands types de procaryotes : Les Archéobactéries ; c’est les

bactéries les plus ancienne et ils sont caradtérisé par leurs aptitudes à vivre dans des environnement

extrèmes. Les eubactéries ; sont les microorganismes les plus communes.

2-1 Morphologie de la cellule bactérienne

Les bactéries sont des organismes unicellulaires de formes variées.

bactéries de forme arrondies ou cocci, isolées, en chaînette, en amas (nombre variable de cellules) :

Staphylocoques, Streptocoques …

bactéries de forme allongée ou bacille, isolée, en chaînette ou en amas, de longueur et de diamètre

variables : E.coli, Salmonella, Bacillus.

bactéries de forme spiralée : spirilles ou spirochètes, comme Treponema.

un groupe particulier de bactéries de forme filamenteuse se rapprochant des moisissures : les

Actinomycètes.

2-2 Mode de regroupement (Associations cellulaires) : une espèce bactérienne peut apparaître sous

forme de cellules isolées séparées ou en groupements caractéristiques variables selon les espèces :

association par paires (diplocoques ou diplobacilles), en amas réguliers tel que la forme en grappe de

raisin exemple ; les staphylocoques, en chaînette tel que les streptocoques, par quatre (tétrades) exemple

les microcoques.

2-3 La structure cellulaire de la bactérie

Chez les bactéries, on distingue des structures obligatoires, présentes chez toutes les bactéries et des

structures dont la présence est facultative et caractérisent certains groupes bactériens. Concernant les

structures obligatoires, on trouve le cytoplasme, généralement constitué d'un hyaloplasme où baignent

essentiellement des ribosomes et parfois des éléments supplémentaires comme les substances de réserve.

Dans le cytoplasme, on trouve l’appareil nucléaire diffus non entouré par une membrane. La membrane

cytoplasmique qui entoure le cytoplasme possède deux feuillets phospholipidiques contenant des protéines.

Au dessus de la membrane cytoplasmique, on trouve la paroi (sauf chez les mycoplasmes) qui forme une

enveloppe rigide. Les structures facultatives, quant à elles, peuvent être des polymères de surface comme la

capsule, des appendices comme les flagelles et les pili ou des structures génétiques comme les plasmides

(molécules d'ADN extrachromosomiques). Les endospores caractérisent quelques genres bactériens

(Bacillus et Clostridium); elles ne sont élaborées que lorsque les conditions de vie deviennent défavorables.

La paroi est une enveloppe rigide assurant l’intégrité des bactéries donc responsable de la forme de la

cellule. Malgré la forte pression osmotique (5 à 20 atmosphères) qui règne à l'intérieur du cytoplasme

bactérien, la bactérie n'éclate pas grâce à l'existence d'une structure rigide, appelée paroi, de nature

polymérique. Les polymères et leur mode de liaison varient selon les espèces bactériennes. Toutefois, une

substance de base, spécifique des bactéries, est partout présente : c'est la muréine, appelée encore

peptidoglycane. Chez certains Archéobactéries tel que les méthanogène la paroi est constitué de pseudo-

peptidoglycane

2-4. la paroi

Chez les bactéries à Gram positif, la paroi est caractérisée par la présence d’une épaisse couche de

peptidoglycane qui entoure la membrane cytoplasmique et qui se retrouve en contact direct avec le milieu

extérieur. Cette couche atteint une épaisseur comprise entre 20 et 50 nm et peut représenter jusqu’à 50% de

la paroi.

La paroi des bactéries à Gram positifs contiennent également les acides teichoiques qui sont liés de façon

covalente avec le groupement « 6-hydroxyle de l’acide muramique ».

Chez les bactéries à Gram négatif, la couche de peptidoglycane est beaucoup plus fine, avec une épaisseur

comprise entre 3 et 6 nm elle erprésente 10 à 20% de la paroi bactérienne et elle est située dans l’espace

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périplasmique, entre la membrane cytoplasmique et la membrane externe. Les acides teichoiques n’existent

pas chez les bactéries à Gram négatif

Le peptidoglycane c’est un polymère continu localisé à la périphérie de la membrane plasmique

Les corynébactéries et les mycobactéries présentent une paroi atypique dont certains aspects sont

communs à la fois aux bactéries à Gram positif et aux bactéries à Gram négatif.

Ainsi, leur membrane cytoplasmique est entourée par une couche de peptidoglycane liée de façon covalente

par des liaisons phosphodiester à un polymère d’arabinogalactane, de plus ches les mycobactéries, l’acide

muramique est glycolylé au niveau de sa fonction amine.

On a comme exemple la bactérie ;Corynebacterium diphtheriae responsable de la diphtérie et aussi la

bactérie Mycobacterium tuberculosis (bacille de Koch) responsable de la tuberculose.

2-4-1. Structure et fonction du peptidoglycane

Le peptidoglycane est un hétéropolymère constitué de longues chaînes de sucres reliées entre elles par de

courts peptides. La partie osidique est composée d’une alternance d’acide N-acétylmuramique (NAM) et de

Nacétylglucosamine (NAG) reliés par des liaisons β-(1→4) formant ainsi un plymère linéaire « un

glycane ».

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Les bactéries à Gram négatif ont en plus du peptidoglycane une membrane externe avec une structure

semblable à la membrane plasmique avec des lipides et des protéines prédominant et aussi des

polysaccharides orientés vers l’extérieur.

Le feuillets externe est le point de fixation du lipide A qui est lié avec un polysaccharide « O » , le

complexe lipide A- polysaccharide est appelé « lipopolysaccharide » ou LPS ce complexe est une

endotoxine du fait de sa toxicité. Exemple l’endotoxine LPS de Yersinia pestis agent de la peste mortelle.

Remarque : En général il n'y a pas ou peu de protéines dans la paroi des bactéries à Gram positif. Parmi les

exceptions, notons la protéine A de Staphylococcus aureus.

2-4-2. Rôle de la paroi :

Protéger la bactérie contre les effets de la pression osmotique interne exercée par le cytoplasme sur la

membrane cytoplasmique. L’absence de peptidoglycane dans un milieu hypotonique conduit à la mort

de la bactérie.

maintien d’une forme cellulaire définie.

Elle joue aussi un rôle déterminant dans la spécificité antigénique des bactéries (ex.: Antigène O de

Salmonella).

Remarque : Dans certaines conditions, des bactéries dépourvues de peptidoglycane, appelées « formes

L », peuvent survivre sous forme de protoplastes « Gram + » ou sphéroplastes « Gram – ».

Cependant, la forme caractéristique de la bactérie est perdue et la division cellulaire est fortement altérée

et ils sont détruits facilement par un milieu hypotonique.

2-4-3. La coloration de Gram

En 1884, un médecin danois, Christian GRAM a fait la distinction entre deux types de bactéries: Gram+ et

Gram-. Ceci a été possible après avoir coloré un frottis bactérien

Etapes de la coloration de Gram : Christian GRAM 1853 /1938

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1. Coloration des bactéries par le violet de Gentiane ( 1 minute)

2. Addition d'une solution de lugol (solution iodo-iodurée, de mordançage) ( 1 minute).

3. Traitement par l'alcool ou un mélange alcool + acétone (étape rapide 5 à 10 secondes).

4. Coloration des bactéries par la fuchsine ( 1 minute)

Après la troisième étape, certaines bactéries restent colorées en violet, elles sont dites Gram+ ; d'autres se

décolorent, elles sont dites Gram- et ils se colorent par la fuchsine.

3. La membrane plasmique Elle possède le même type de structure que celle d’une cellule eucaryote (bicouche phospholipidique) mais avec

beaucoup moins de glucides et jamais de stérols (sauf chez les mycoplasmes). Donc elle a le modèle de mosaïque

fluide.

La membrane cytoplasmique est constituée de bicouche de phospholipides et de protéines parmi les

phospholipides rencontré est la phosphatidyle sérine.

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Les protéines membranaires participent dans le transport des substances à travers la membrane plasmique.

On distingue 2 grands types de transport :

Le transport passif : il se fait dans le sens du gradient de concentration et ne nécessite pas d’énergie.

Le transport actif : il se fait en sens inverse du gradient de concentration des molécules, ce qui

nécessite l’utilisation d’énergie (généralement fournie sous forme d’ATP)

La membrane plasmique contient les enzymes de la chaine respiratoire, les déshydrogénases et les

coenzymes associés : NAD+, FAD, cytochromes, cytochrome oxydase. Donc c’est le lieu de l’élaboration

de l’énergie sous forme d’ATP

3-1. Fonctions de la membrane plasmique

Rôle de barrière semi-perméable (ou semi sélective): elle permet le passage de molécules lipophiles et

empêche le passage des molécules hydrophiles.

Site de fixation des flagelles

Possède des protéines membranaires ayant pour rôles :

Enzymes responsables de la biosynthèse et de l’excrétion dans l’espace périplasmique de

molécules nécessaires à la synthèse de la paroi.

Des Enzymes de la chaîne respiratoire permettant la synthèse d’ATP et celles de la

photosynthèse.

Enfin, des transporteurs de diverses molécules (ions, sucres, …) dans les 2 sens.

détection des signaux et de composés présents dans le milieu environnant grâce à la présence de

protéines transmembranaires du chimiotactisme ; Ceci, permet aux bactéries dotées de flagelles, de

nager vers les endroits les plus riches en nutriments, ou bien, de s’éloigner des endroits

défavorables comme ceux qui contiennent des substances toxiques.

4. Le cytoplasme :

Délimité par la membrane cytoplasmique. C’est un sorte de gel à pH neutre contenant de l’eau et :

Des ribosomes: qui interviennent dans la synthèse des protéines. Sont associés sur l’ARNm sous

forme de polysomes.

Des substances de réserve = inclusions cytoplasmiques : en général, chaque groupe de bactéries

synthétise une seule catégorie de substances de réserve qui forment des agrégats, parfois de grande

taille. Cela peut être des glucides (amidon et glycogène), des lipides (poly-hydroxy-butyrate), du

polyphosphate, et parfois des minéraux (fer, soufre).

Des organites spécialisés : On trouve des chromatophores (organites spécialisés dans la

photosynthèse exemple chez Les cyanobactéries).

des vacuoles à gaz (permettant aux bactéries aquatiques de flotter à la surface de l’eau).

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5. Le chromosome bactérien

5-1. Morphologie et structure : La majorité des bactéries possèdent un chromosome unique,

circulaire. Par contre, Vibrio cholerae en possède deux, un grand de 2,9 millions de bases et un petit de 1

million de bases.

ADN bactérien est associé à des protéines notamment des topoisomérases qui interviennent dans le

repliement de la molécule d’ADN, par contre on ne trouve pas d’histones comme chez les eucaryotes. On

trouve par contre des polyamines analogues aux histones, tel que la protéine II, riche en Arginine.

Composition :

L’ADN ou acide désoxyribonucléique est un polymère de PM élevé, composé d’unités appelées nucléotides.

Nucléotide : « Groupement phosphoré + sucre à 5 atomes + une base purique ou pyrimidique ».

Bases puriques : Adénine A et Guanine G

Bases pyrimidiques : Cytosine C et Thymine T

Le sucre : Désoxyribose

Le groupement phosphoré : est un phosphate diester.

Le rapport (A+T)/G+C) mieux connu sous le nom de coefficient de Chargaff varie selon les espèces. On

l’exprime en GC%. Exemple : GC% est de 50% chez E.coli 60% chez Pseudomonas, 25 à 45% chez

Clostridium. Ce rapport est utilisé comme paramètre pour la Systématique ou taxonomie bactérienne.

5-2. La réplication de l’ADN bactérien

La réplication de l’ADN bactérien est semi-conservative Chaque chaine parentale reste associée à la

nouvelle chaine pour qui elle sert de matrice.

5-3. Les Plasmides

La cellule bactérienne peut contenir des éléments génétiques extra chromosomiques, capables

d’autoréplication. On les appelle plasmides (Lederberg , 1952). Certaines bactéries possèdent plusieurs

plasmides différents. Les plasmides permettent à la bactérie une meilleure adaptation à son environnement.

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Ce sont des molécules d’ADN bicaténaire, généralement circulaires, mais il en existe des linéaires

Parfois ils s’intègrent dans le chromosome et on les appelle des épisomes, Ils sont transmissibles aux cours

des générations mais pas de façon équitable comme pour le chromosome. La perte d’un plasmide est dite

curage.

Les plasmides sont généralement de petite taille, (1 kb à 400 kb), 1/100 du chromosome bactérien. Ils

portent très peu de gènes, moins de 30. « kilobase (kb) est une unité de mesure en biologie

moléculaire représentant une longueur de 1 000 paires de bases d'ADN bicaténaire ou de 1 000 bases

d'ARN »

Le plasmide peut se répliquer selon deux modèles ; La réplication de type Theta θ, uni ou bidirectionnelle,

à partir d’une origine de réplication en utilisant l’équipement enzymatique de la bactérie hôte.

Une réplication de type « rolling cercle » ou cercle déroulant.

Un brin est coupé par une nucléase. Ce brin va se dérouler autour de l’autre brin dans le sens 5’P et la

bactérie va synthétiser un brin complémentaire simultanément aux deux brins parents

La réplication de type Theta θ

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5-4. Les Plasmides sont classés selon leur fonction et leur propagation :

plasmides conjugatifs : ils portent le gène responsable de la synthèse des pili sexuels, nécessaires à la

conjugaison

Des plasmides R (facteurs de résistances) : ils permettent aux bactéries de résister aux antibiotiques.

plasmides Col qui codent pour des protéines dites bactériocines, telle que la colicine d’E.coli .

plasmides de virulence qui codent pour des toxines responsables des symptômes causés par des bactéries

pathogènes.

Plasmides métaboliques qui codent pour des enzymes capables de cataboliser des molécules complexes

6- Pili ou fimbriae :

En latin, fimbriae :, signifie filament ». Tandis que Pili en latin signifie cheveu. C’est un appendice court

(de l’ordre de 1μm), creux, rigide, composé de protéines disposées en hélice. Il est largement retrouvé en

grand nombre autour du corps bactérien (1000) chez les Gram négatives et exceptionnellement chez les

Gram positives. Le gène pili est porté par un plasmide conjugatif.

Il existe quatre types de Pili A ce jour on distingue 4 types de Pili (I, II III et IV). parmi lesquels les pili

sexuels (II ) sont plus longs et plus épais , (10 μm, 9 nm respectivement) et moins nombreux (1 à 4 par

cellule).

Les fimbriae de type I, III, jouent un rôle dans l’adhésion des bactéries aux différents supports vivant ou

non. Ils favorisent la formation de biofilm.

Les fimbriae de type IV, retrouvés par exemple chez Pseudomonas aeruginosa , en plus de l’attachement,

ils sont impliqués dans un autre mode de mobilité, dite saccadée. On les retrouve au niveau des pôles des

cellules bactériennes. Les fimbriae IV se contractent et se rétractent comme un ressort, pour permettre la

mobilité de la bactérie.

Le pili sexuel ou de type II: Il a un rôle dans la conjugaison bactérienne (un des 3 modes de transfert de

matériel génétique d’une bactérie à une autre).

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Remarque : Dans l’environnement naturelle, Les bactéries peuvent adopter deux modes de vie radicalement

différents, soit celui à l’état planctonique ou libre dans lequel les organismes isolés flottent dans leur

environnement naturelle soit dans un état biofilm ou sessile où les bactéries sont attachées à des surfaces

solides et vivent en communauté.

7. La capsule :

Certaines bactéries possèdent des structures entourant la paroi sous forme de couches; On distingue en

réalité 3 types de couches,, et selon les bactéries : les capsules, Les gaines, et Les couches muqueuses.

La capsule, elle est bien organisée, bien définie et elle est difficilement détachable de la bactérie. Ce sont

des facteurs de virulences qui augmentent la faculté d’une bactérie de provoquer une maladie Exemple

Streptococcus pneumoniae qui provoque la pneumonie su fait que la capsule protège cette bactérie contre la

phagocytose des macrophages.

Les capsules sont composées de polysaccharides homopolymères; les dextranes (polymère de glucose)

les levanes (polymère de fructose). Ou de de polysaccharides hétéropolymères comme le polymère

composé de glucose et de l’acide glucuronique qui constitue la capsule de Streptococcus. Les capsules

peuvent être composées de polypeptides exemple ; unités répétées de l’acide D-glutamique. On peut

observer la capsule grâce à la Coloration à l’encre de chine ou le fond de la bactérie apparait noir et la

capsule apparait transparente.

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Coloration à l’encre de chine de la capsule

7-1. Fonction des capsules :

Adhésion : fixation (adsorption) spécifique à toute sortes de supports, inerte ou vivants

Protection :vis à vis de l’environnement (facteurs physico-chimique du milieu comme la dessiccation)

la prédation des protozoaires de leur milieu.

empêche aussi la fixation des bactériophages.

Pathogénicité : la capsule est le support de nombreux antigènes, les pneumocoques capsulés se révèlent

pathogènes.

7-2. Les gaines: Ce sont des couches externes denses, rigides et facilement discernables par microscopie

électronique, Se trouvent chez les bactéries vivant dans les eaux courantes et les rivières et sert à les

protéger des turbulences.

7-3. Les couches muqueuses ; sont constitué de polysaccharides d’arabinose de glucose de mannose et

de xylose. Ces couches sont utilisées pour certain bactérie appartenant au genre Cytophaga et

Flavobacterium pour réaliser un mouvement de glissement « Gliding » lorsque ces microorganismes sont

en contact avec un milieu solide.

8- Les Flagelles :

Les flagelles sont des organes locomoteurs spécialisés. Ils sont très rares chez les coques, ce sont Longues

appendices flexibles de diamètre entre 5 et 10 nm et de longueur entre 5 et 20 µm.

Mise en évidence au laboratoire : on peut savoir la présence des flagelles par la détection de la mobilité en

faisant un état frais sur lame.On peut également faire un test de mobilité grâce au milieu mannitol mobilité.

Toutefois l’observation directe des flagelles se fait par la Coloration de Rhodes, cette dernière permet leur

observation par la microscopie optique du fait de leur épaississement par le colorant de Rhodes.

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8-1. Structure des flagelles :

Les flagelles sont constitués des éléments suivants :

Le filament C’est un cylindre creux constitué d’une seule protéine multimérique : la flagelline

Le corpuscule basal : Enfoui dans la cellule, il insère le flagelle dans le corps cellulaire.

Le crochet : Il lie le filament au corpuscule basal. Il est constitué de la flagelline mais ne possède pas

le même pas d’hélice, ce qui permet la formation d’un coude.

Le crochet est plus court que le filament, mais plus large. Très flexible, il permet d’induire le

mouvement de la bactérie.

Les flagelles peuvent être inséré de plusieurs manière dans la bactérie, la figure ci-dessous montre les types

flagellaires et les modes d’insertion :

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8-2. Mouvement du flagelle :

Il existe deux types de mouvements du flagelle permettant ainsi des mobilités caractéristiques :

1 : Dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, la bactérie avance en tournant légèrement sur elle-

même exemple chimiotactisme positif

2 : Dans le sens des aiguilles d’une montre, la bactérie culbute et change alors de direction pour repartir en

avant avec les flagelles tournant. Exemple chimiotactisme négatif.

Fonctions du flagelle

Rôle antigénique: Les antigènes flagellaires (Ag H) déterminent différents sérotypes (exemple :

sérotypage des Salmonella).

Fixation des bactériophages

Le chimiotactisme : Certaines substances attirent les bactéries mobiles, d’autres les repoussent.

9- La spore

Ce sont des structures de résistance formées par certaines bactéries lorsque les conditions deviennent

défavorables. Elle permet aux bactéries sporulantes de survivre dans des conditions difficiles et extrêmes de

l’environnement.

Les genres bactériens les plus connues qui forment des endospores sont Bacillus, Clostridium, Sporosarcina.

Ce sont toutes des bactéries Gram (+). D’autres genres sont capables également de sporuler.

Figure montrant des endospores de bacillus

9-1. Mise en évidence des spores :

Les spores peuvent être visualisées par coloration de Gram ou on va observer des espaces vides à

l’intérieur des bactéries. Parfois l’état frais peu montré des petites masses réfringentes au sein de la bactérie.

Mais la coloration la plus spécifique pour observer les spores est la coloration au vert de malachite ; les

spores apparaissent vertes dans les corps bactériens roses.

9-2. Morphologie de la spore :

Les spores sont de petites unités ovales ou sphériques. Elles peuvent déformer ou non le corps bactérien.

Leur position dans la cellule est variable : centrale, terminale, subterminale. Elles servent également dans

l’identification bactérienne. La spore peut-être libre ou non. La recherche de tous ces caractères se fait dans

un but taxonomique.

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9-3. Structure de la spore :

L’exoporium : composée de protéines, d’osamines et de polysaccharides neutres. Elle contient une

multitude d’enzymes nécessaires à la germination et/ou à l’interaction avec les cellules de l’hôte tels

que les macrophages.

Tunique (ou manteau) est de nature protéique et selon l’espèce elle est constituée de protéines

ressemblant à la kératine chez Bacillus cerus ou au collagène chez Bacillus subtilus.

Le cortex est constitué de peptidoglycane différent de celui de la paroi avec moins de ponts

interpeptidiques car 50% de NAM (acide N-acetyl muramique) sont remplacés par des MAL (résidus

lactam-muramique)

Cœur de la spore : Contient l’ADN chromosomique de la spore. Et d’autres protéines acides qui se

fixent en grandes concentration sur l’ADN pour également le protéger

Schéma d’une spore bactérienne

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9-4. Le cycle sporal

9-5. Propriétés de la spore bactérienne :

La thermo résistance; 70-80°C pendant 10 minutes grâce à l’acide dipicolinique.

résistance aux manques d’eau et de nutriments grâce aux protéines « SASP » (petites protéines acides

et solubles pouvant se fixer à l’ADN

Résistance aux agents physiques et chimiques : La spore résiste aux rayons Ultraviolets, aux rayons

gamma (Calcium, et SASP). Aux antiseptiques, désinfectants, antibiotiques (la tunique).

Synthèse d’antibiotiques ou de Toxines : Certaines bactéries synthétisent des antibiotiques au début

de la phase de sporulation. Exemple : Bacillus licheniformis parfois les bactéries shnthétise également

des toxines Exemple (entérotoxine de Clostridium perfringens)

9-6. Germination des spores :

Afin que la spore germe, elle doit se trouver dans des conditions favorables : eau, nutriments, pH, force

ionique, température convenable, aucun d’agent antimicrobien et donc après que les conditions sont

favorables la spore redonne naissance à une cellule végétative.

La germination se passe en trois étapes sont ; L’activation, L’initiation et L’émergence.

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L’activation : correspondant à une lésion des enveloppes sporales par des agents physiques (choc

thermique) ou chimiques (acides, lysozyme) ou mécaniques (abrasion, choc).

L’initiation : Débute en présence de conditions favorables d’hydratation et de métabolites effecteurs

(alanine, magnésium, adénosine) qui pénètrent à travers les enveloppes endommagées. Des enzymes

hydrolytiques dégradent les constituants de la spore ; il y a libération du dipicholinate de calcium. Le cortex

ainsi détruit, la spore s‘imbibe et se gonfle.

L’émergence : Émergence de la nouvelle cellule végétative, grâce à l’altération des enveloppes.

Figure qui résume les différents constituants de la cellule bactérienne

La stérilisation

La stérilisation est l'opération qui consiste à éliminer les micro-organismes d'un objet, et ce de

manière durable. En microbiologie, le but de la stérilisation est d'une part de maîtriser les

micro-organismes introduits dans le milieu d'étude, et d'autre part d'éviter la contamination du

milieu extérieur et des personnes. Il existe deux grands moyens de Stérilisation :

I. La chaleur

II. La filtration

I. La stérilisation par la chaleur

La chaleur détruit les bactéries et les spores. On distingue les procédés à chaleur « sèche » ou

« humide ».

1. Chaleur sèche :

a. Flambage : Le passage dans la flamme (bec BUNSEN) de la surface de matériel non

inflammable assure une bonne stérilisation. On stérilise de cette façon les fils de platine et les

pipettes Pasteur.

Zone de stérilité d’un bec bunsen

b. Four pasteur : C'est un four-étuve à air chaud et sec. Il est utilisé à 180°C pendant 90

minutes. Cet appareil n'est utilisé que pour la stérilisation de la verrerie préalablement

nettoyée et séchée ou de matériels métalliques (instruments de dissection) pouvant tolérer de

très hautes températures. Le matériel ainsi stérilisé sera laissé dans l’étuve jusqu’à son

refroidissement complet, puis stocké à l’abri des poussières.

2. Chaleur humide

La stérilisation par la chaleur humide reconnaît trois modalités

- la stérilisation à l’autoclave

- La Pasteurisation,

- La Tyndallisation

a. Autoclave : c’est un appareil indispensable dans un laboratoire de microbiologie. Le

chauffage est utilisé sous pression de vapeur d’eau, à une température de 121°C pendant une

durée qui varie en fonction du milieu, de la température utilisée et du volume des récipients,

mais, la durée standard utilisée est de l’ordre de 20 minutes. Ce procédé tue toutes les cellules

végétatives et les endospores.

b. Pasteurisation : la pasteurisation est un traitement à chaud de liquides, tuant des

pathogènes mais pas forcément toutes les bactéries. Les températures de la pasteurisation se

situent entre 75 à 80°C suivie par un refroidissement brusque.

c. Tyndallisation : La tyndallisation est une série de 3 chauffages brefs à des températures de

70°C à intervalles réguliers, ceci afin de laisser aux formes résistantes la possibilité de germer

pour les tuer au chauffage suivant.

Par exemple la destruction des pathogènes du lait se fait par un cycle de 63°C pendant 30

minutes suivie de 73°C pendant 15 minutes

II. La filtration

La filtration est une technique qui consiste à faire passer un liquide à travers un filtre dont les

pores ont un diamètre de 0,2 μm. Les micro-organismes sont trop gros et sont donc retenus

par le filtre.

Cette technique est intéressante lors d'utilisation de produits thermolabiles (sensibles à la

température) comme certains acides aminés aromatiques, vitamines, hormones de croissance,

acides nucléiques et une bonne partie des antibiotiques.

III. Autres procédés de stérilisation

Radiations :

Certaines matières (Plastiques, Caoutchous …) ne tolèrent pas l’autoclave ou se détériorent

rapidement après des expositions répétées à la chaleur pour cela sont stériliser par les

radiations.

La stérilisation par les U.V. est utilisée au laboratoire pour la décontamination de l’air et des

paillasses situées sous la hotte de protection. Le rayonnement n’agit que de façon directe et sa

pénétration est faible. D’autres radiations (rayons X), peuvent servir pour la stérilisation

industrielle des boites de Pétri en matière plastique et de produit pharmaceutiques.

La désinfection (Agents chimiques) :

Ils sont utilisés en général pour la désinfection des salles de travail et pour la destruction des

germes portés par des instruments souillés. Ce mode de désinfection doit être

systématiquement pratiqué dans le laboratoire pour les lames et pour la verrerie qui ne passe

pas en autoclave.

1

Nutrition bactérienne :

Les bactéries se multiplient à partir d'aliments, nutriments, présents dans la nature ou que l'on met à leur disposition dans les milieux de culture. Les bactéries savent utiliser beaucoup de nutriment (ex :sucre, alcool, acide aminé, hydrocarbure, matière minérale) On classe alors les besoin nutritif en 3 catégories : - Besoins constitutifs élémentaires (H2O, source de carbone, azote, et sel minéraux) - Besoins énergétiques (lumière, réaction chimique) - Besoins constitutifs spécifiques (facteur de croissance)

1-Besoins élémentaires

En plus de l'eau qui est la molécule la plus abondante dans la matière vivante et indispensable à toute vie, les bactéries doivent trouver des éléments nécessaires à leur développement.

1-1 Les Éléments minéraux :

Les éléments minéraux sont ajoutés dans les milieux de cultures sous forme de sels qui se dissocient en ions dans l'eau. Les principaux éléments minéraux sont le phosphore et le soufre.

• Le phosphore est utilisé sous forme de K2HPO4 ou KH2PO4. II entre dans la structure des acides nucléiques, de nombreuses coenzymes et de I'ATP. II permet la récupération, l'accumulation, et la distribution de l'énergie dans la cellule.

• Le souffre est utilisé sous forme de FeSO4. II est présent dans les acides aminés sous forme de groupements thiols (-SH).

• Certains éléments jouent un rôle dans l'équilibre physicochimique de la cellule, notamment: Le Na et le CI, qui sont utilisé sous forme de NaCI ou NaNO3.

Le potassium K est généralement utilisé sous forme de K2HPO4, KH2PO4 ou KNO3. Le Mg est utilisé sous forme de MgSO4.

• D'autres éléments sont présents dans les enzymes ou coenzymes, tel que le fer (cytochromes), ou dans la chlorophylle (Mg).

• Certains éléments jouent le rôle d'activateurs enzymatiques: Ca, Co, Cu, Mg, Mn, Mo ... etc.

• Le Ca est utilisé sous forme de CaCO3, c’est le principal constituant du cortex et des spores bactériennes. II est à l’ origine de la thermorésistante des spores bactériennes DPA-Ca-DPA-Ca-DPA-Ca-DPA-Ca...etc. Les éléments tels que: Fe, Mg, Mn, Mo, Ca, Cu sont apportés en quantités infinies et Même parfois à l'état de traces par les produits chimiques servant à préparer les milieux de culture. Ce sont des Oligoéléments.

• Les autres éléments tels que le Na, K, Ca,...etc. sont fournis à des doses variant entre 0,5 et 5g sans jamais dépasser ces valeurs. Ces éléments peuvent:

- Constituer des facteurs limitant de croissance. Exemple: Lactobacillus exige les ions Mn et Mg pour bien croitre.

- Intervenir dans la synthèse des Antibiotiques. Exemple: la synthèse de la pénicilline nécessite la présence du soufre.

- Sécrétion des pigments. Exemple: pigments rouge de Serratia marcescens est due à la présence de Fe et de Mg dans le milieu de culture.

2 - La source d'énergie : Le carbone constitue un des éléments les plus abondants de la bactérie, il doit être fourni en grande quantité. Le plus simple des composés carbonés est le CO2 qui peut être utilise par certaines batteries (photosynthétiques et autres batteries), comme seule source de carbone. Le CO2 peut être libre ou combine a des éléments minéraux (CaCO3, Na2CO3). Chez la plupart des batteries, la source de carbone est apportée sous forme de substances hydrocarbonées simples (alcool, acide acétique et lactique) ou plus ou mêmes complexes telles que les oses (glucose), polyoside

2

(saccharose, raffinose, cellulose...etc.) ou polymère de sucres amines (chitine). Les glucides sont ajoutes en général a raison de 10g/L de milieu de culture. Certaines batteries peuvent utiliser plusieurs sources de carbone alors que d'autres sont extrêmement limitées comme Pseudomonoas methanica qui ne peut utiliser que le méthane ou le méthanol comme source de carbone. Les substances carbonées jouent également le rôle de source énergétique. Leur dégradation libère de l'énergie que la bactérie utilise pour ses propres synthèses.

3 - La source d'azote : Pour leurs protéines qui représentent environ 10% de leur poids sec, les batteries ont besoin de substances azotées.

L'azote peut être utilise:

3.1 - Sous sa forme moléculaire N2: cas des batteries fixatrices d'azote telles que Azotobacter (fixation libres d'azote dans le sol) et Rhizobium (fixateur symbiotique des plantes). 3.2. Sous une forme inorganique - Nitrites (NO2)—► Nitrobacter - Nitrates(NO3) NaNO3 ou KNO3: cas de beaucoup de batteries. - Sels d'ammonium (NH+4) NH4CI 3.3 - Sous forme organique plus ou même complexe Sous forme d'acides aminés, protéines, sucres amines ... etc.

4. Facteur de croissance :

Les facteurs de croissance sont des composés organiques spécifiques de relativement faible poids moléculaire qui doivent être présents dans le milieu de culture des microorganismes qui ne peuvent pas les synthétiser. Les substances qui servent généralement de facteurs de croissance sont certains acides aminés, des purines ou des pyrimidines et des vitamines.

5- Types trophiques

Selon le mode de vie des batteries, selon leurs besoins élémentaires et énergétiques, on distingue divers types physiologiques appelés types trophiques. Ces types sont fondés sur la nature de la source d'énergie, sur la nature de la source de carbone et sur la nature de l'accepteur final d'électrons aux tours des réactions d'oxydoréductions. Les types trophiques ont un intérêt primordial dans la classification bactérienne.

5-A - Source de carbone

II existe 2 types trophiques importants représentés par l'autotrophie et l'hétérotrophie .

5-A -1 – L’autotrophie : les bactéries sont dites autotrophes lorsqu'elles sont capables de se développer en milieu inorganique contenant le CO2 comme seule source de carbone (ou encore les sets de CO, tel que le CaCO3). La source de carbone est de nature minérale. On distingue des batteries:

➢ Autotrophes strictes: comme exemple, la plupart des bactéries photosynthétiques, les bactéries

nitrifiantes du genre Nitromonas et certaines bactéries sulfureuses du genre Thiobacillus.

➢Autotrophes facultatives: bactéries utilisant soit le CO2, soit une source de carbone organique.

Comme exemple, les bactéries du genre Hydrogenomonas qui tirent leur énergie à partir de l'hydrogène, et celles du genre Pseudomonas.

5-A -2 – Hétérotrophie : les bactéries sont dites hétérotrophes lorsque la source de carbone assimilable est obligatoirement un composé organique. La majeure partie des bactéries sont hétérotrophe.

On distingue 2 sous-groupes:

* Les bactéries nécessitant une seule source de carbone organique sont dites "Prototrophes".

* Les bactéries nécessitant plusieurs sources de carbone organique sont dites "Auxotrophes".

3

- Les prototrophes: ces bactéries ont besoin d'une source de carbone organique. Elles peuvent se développer sur un milieu minimum, c'est à dire un milieu qui apporte tous les éléments dont les bactéries ont besoin sous forme de sels minéraux. II suffit d'ajouter une source d'azote et une seule source de carbone comme par exemple le glucose (b bactéries prototrophes pour le glucose).

- Les auxotrophes: ce sont des batteries dépourvues d'un ou de plusieurs systèmes enzymatiques intervenant dans la synthèse de métabolites essentiels (acides aminés ou acides nucléiques). II faut leur apporter dans le milieu de culture les métabolites qu'elles ne peuvent pas les synthétiser. Parmi les bactéries auxotrophes, on retrouve plusieurs bactéries pathogènes.

Exemple de bactéries auxotrophes: quelques espèces du genre Lactobacillus exigent environ 18 vitamines et 19 acides aminés pour se développer.

6. Paramètres physico-chimiques (température, pH, O2, aW influant la croissance microbienne :

Les nutriments constitutifs ou énergétiques nécessaires à un micro-organisme pour son développement doivent lui être apportés dans certaines conditions d’environnement, Certaines conditions environnementales (paramètres physico-chimiques) influencent la croissance des micro-organismes. Parmi celles-ci figurent le pH (acidité et alcalinité), la température, la présence d’O2, de CO2, la disponibilité de l’eau (Aw Activity of Water).La plupart des micro-organismes tolèrent une gamme de pH permettant la croissance.

6.1 La température. Elle influence profondément la multiplication et le métabolisme bactérien (action sur la vitesse des réactions biochimiques). Selon la température optimale de développement, on distingue 3 catégories de micro-organismes :

T°c optimum Dénomination Exemples et remarques

< 0°C Les cryophiles

0°C - 15°C, Les psychrophiles : (psychros = froid)

Très répandues dans les milieux naturels, ce sont

surtout des bacilles gram – asporulés ( Pseudomonas, Aeromonas, Acinetobacter,

levures et moisissures ) Conséquence : prolifération

dans des aliments si la chaîne du froid n’est pas respectée (stockage, congélation –

décongélation, …).

Croissance entre 20°C et

45°C

avec un optimum entre 30°C et 37°C

Les mésophiles : (méso = milieu, centre)

Exemples : - bactéries commensales de

l’homme et des animaux, et toutes les bactéries

pathogènes. - bactéries saprophytes responsables de la dégradation

de la matière organique.

45°C et 55°C-

70°C certains atteignent

110°C

Les thermophiles : (thermo = chaud)

Exemples : surtout Bacillus et Clostridium qui se rencontrent

à peu près partout. De même, les bactéries peuvent être distinguées selon leur aptitude

à croître en fonction de la

4

température.

> à 70°C hyperthermophiles

Les psychrophiles possèdent des températures optimales de croissance inférieures à 15°C, alors que les bactéries thermophiles croissent de façon optimale à des températures comprises

entre 45 et 70°C. 6.2 La pression osmotique : Les bactéries se divise en deux groupes selon leur sensibilité à la pression osmotique :

Dénomination Se développent à Exemples et remarques

Non halophiles : Croissance en milieu de concentration

en NaCl inférieure à 0,2 M

Exemples : Entérobactéries,

Pseudomonas, …

Halophiles Ne se développe que dans des milieux très salés (au moins 10 %)

Certaines bactéries halophiles extrêmes peuvent se développer à la surface des cristaux de sel

marin. Le comportement des micro-organismes vis à vis de la

pression osmotique est considéré de très près dans le domaine agroalimentaire pour éviter la

dégradation des salaisons.

Halotolérantes Les bactéries halotolérantes acceptent des concentrations modérées de sels mais non

obligatoires pour leur croissance

(Ex. : Staphylococcus aureus).

6.3. pH :

Le pH (concentration en ion hydrogène [H+]) de l'environnement varie entre 0,5 (sols acides) et 10,5 (eaux alcalines des lacs).Le pH optimal de croissance de beaucoup de bactéries est

proche de la neutralité (pH 7). Le pH joue un rôle important au niveau : - de la production d’énergie par la chaîne respiratoire : gradient de pH - de la perméabilité membranaire et des échanges

- activité métabolique : activité des enzymes est sensible aux variations de pH On distingue 3 catégories de micro-organismes :

Dénomination Se développent à Exemples et remarques

acidophiles pH acide (3 < pH< 6) Exemples : Lactobacillus, ou Thermophilus thiooxydans est capable de se développer à pH

= 0

neutrophiles 6,5 < pH < 7,5 Exemple : E coli, etc.

basophiles alcal

inophiles Se développent à pH voisin de 9

Exemple : genre Vibrio

6.4. L’activité de l’eau : AW signifie « Activity of Water » estime la part de l’eau libre dans un produit, c’est à dire disponible par exemple pour la croissance de micro-organismes. Plus l’Aw est élevée, plus il y a d’eau disponible pour le développement de ces micro-organisme L’eau biologiquement disponible ou Aw joue deux rôles : C’est le solvant des molécules organiques et inorganiques et l’eau intervient dans les réactions enzymatiques comme réactif (réaction

5

d’hydrolyse). On définit l’Aw : Activity of Water pour quantifier l’eau biologiquement disponible pour les bactéries. La mesure de Aw est entre 0 et 1 ; 0 < Aw < 1

Aw = p/po = ERH (%) / 100

p = Pression de la vapeur d’eau présent dans le produit a analyser po = Pression de la vapeur de l’eau pure ERH = Humidité relative moyenne

6.5. Effet de l'oxygène :

Il existe plusieurs classes de bactéries en fonction de leurs rapports avec l'oxygène.

1 - Les bactéries aérobies strictes ne se développent qu'en présence d'air. Leur source principale d'énergie est la respiration. L'oxygène moléculaire, ultime accepteur d'électron, est réduit en eau (Pseudomonas, Acinetobacter, Neisseria).

2 - Les bactéries microaérophiles se développent mieux ou exclusivement lorsque la pression partielle d'oxygène est inférieure à celle de l'air (Campylobacter, Mycobacteriaceae).

3 - Les bactéries aéro-anaérobies facultatives se développent avec ou sans air. C'est le cas de la majorité des bactéries rencontrées en pathologie médicale : les entérobactéries (Escherichia, Salmonella), les streptocoques, les staphylocoques. L'énergie provient de l'oxydation des substrats et de la voie fermentaire.

4 - Les bactéries anaérobies strictes ne se développent qu'en absence totale ou presque d'oxygène qui est le plus souvent toxique. Ces bactéries doivent se cultiver sous atmosphère réductrice. La totalité de l'énergie est produite par fermentation.

C'est le cas des bactéries intestinales (Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium) et de nombreuses bactéries présentes dans les flores normales de l'organisme. La toxicité de l'oxygène s'explique par la production de radicaux superoxydes que les bactéries anaérobies ne peuvent pas détruire (absence de superoxyde dismutase) et/ou par l'absence d'une activité enzymatique à type de catalases et de peroxydases.

7. Croissance bactérienne :

La croissance bactérienne est l'accroissement ordonné de tous les composants de la bactérie. Elle aboutit à la division bactérienne et l'augmentation du nombre des bactéries. La bactérie se multiplie par fission binaire : la bactérie grandit puis se divise en deux cellules filles séparées par un septum de division formé par la paroi cellulaire. Durant la division, l'ADN se duplique ainsi que les autres constituants. Divers systèmes enzymatiques de synthèse et de dégradation participent à la division cellulaire.

7.1 Mesure de la croissance :

7.1.1 Mesures directes :

Dénombrement des bactéries après culture : Cette méthode est basé sur le comptage direct

des colonie après avoir ensemencé 1ml d’un liquide à analyser (eau, lait, viande broyé ect.. ).

Mesure directe du nombre de cellules sous microscope : A partir d’un volume connu d’une

suspension bactérienne on peut faire une numération totale des cellules au microscope. On

utilise une lame spéciale appelée chambre de comptage de Petroff-Hausser.

Mesure par filtration sur membrane : Très utiles lorsque le nombre des bactéries est très

bas. On procède par filtration sur membrane de 100 ml d'eau puis la membrane est mise en

culture sur boite de Petri (Gélose).

6

La technique d'épifluorescence : Elle distingue les cellules vivantes des cellules mortes. Elle

utilise l'acridine orange, un colorant qui se fixe sur l'ADN. En microscopie sous UV, les bactéries vivantes apparaissent vertes alors que les bactéries mortes apparaissent rouges.

7.1.2. Mesures indirectes :

La mesure de la turbidimétrie : Plus une bactérie pousse dans un liquide plus ce dernier

devient trouble. On utilise un spectrophotomètre (La mesure de la densité optique) pour

mesurer cette turbidimétrie.C’est la technique la plus simple, la plus rapide et la plus

utilisée

Mesure de la biomasse : De très nombreuses techniques permettent de mesurer la

biomasse : détermination du poids sec, mesure d'un ou de plusieurs constituants cellulaires, mesure de la consommation d'un substrat, mesure des produits d'excrétion ect..

7.2 Paramètres de la croissance :

Ces paramètres sont appelés également constantes de la croissance. La division cellulaire répond une

progression exponentielle à temps régulier. 01 cellule donne 02 cellules, qui donnent 04 cellules, puis

16, puis 32 et ainsi de suite. Le temps nécessaire au doublement du nombre de cellules est appelé

temps de génération (G). Le temps de génération est spécifique à chaque espèce et il dépend des

conditions environnementales. (G) est de 20 minutes pour Escherichia coli, de 1000 minutes pour Mycobacterium tuberculosis.

7.2.1 Calcul du nombre et le temps de génération (phase exponentielle) :

Afin de calculer Nombre de génération « n » et Le temps de génération « G » on utilise les équations

suivantes :

Le Nombre de génération : n = LogNt – LogN0 / log2

Le temps de génération : G = t/n

Dont N0 : Nombre de bactéries au début de la phase exponentielle de la croissance.

Nt : Nombre de bactéries présentes un temps (t) de phase exponentielle de la croissance.

T : L’intervalle de temps entre N0 et Nt.

7

7.3 Courbe de la croissance :

Dans une culture discontinue ou les nutriments s’épuisent avec le temps, la croissance suit une courbe

à 05 phases. La phase de latence, la phase de croissance exponentielle, La phase de ralentissement, la

phase stationnaire et la phase de déclin.

La phase de latence : Le taux de croissance (k) est égal à zéro. Les bactéries ne se divisent pas, mais

s’adaptent aux conditions de leur milieu environnemental. Elles synthétisent les enzymes nécessaires

spécifiques des substrats (nutriments) présents. Si on inocule le même milieu avec des bactéries prélevées en phase exponentielle, il n’y aura pas de pas de latence.

La phase de croissance exponentielle : Les cellules bactériennes se divisent sans arrêt, tant que les

nutriments sont disponibles et les substances toxiques absentes et le pH est optimal. Le taux de croissance (k) est maximal. L’état physiologique est maximal également.

La phase de ralentissement : la vitesse de croissance régresse. Il y a un épuisement du milieu de culture et une accumulation des déchets. Il existe un début d'autolyse des bactéries.

La phase stationnaire : Lorsque la culture est faite dans un flacon ou un tube, à un moment donné,

les nutriments s’épuisent, les produits toxiques s’accumulent et le pH change. Le nombre de cellules

ne varie plus. Il y a autant de division que de mort cellulaire.

7.4 Culture bactérienne : (voir le polycopié du TD)

7.5. Les agents antimicrobiens

7.5.1 Les Agents physiques (voir chapitre stérilisation)

7.5.2. Les Agents chimiques :

• Désinfection Elle peut concerner le matériel, le sol, les mains… C’est une opération permettant

l’élimination momentanée de microorganismes et l’inactivation des virus. Les désinfectants sont des

agents généralement chimiques, n’assurant pas forcément la stérilisation complète d’un objet.

• Antisepsie Opération permettant l’inhibition ou la destruction de micro-organismes pathogènes au

niveau de tissus vivants. En principe, on doit réserver le terme "désinfection" aux milieux inertes et

"antisepsie" aux tissus vivants. Les antiseptiques sont moins toxiques que les désinfectants, mais leur utilisation reste externe.

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• Décontamination Processus réduisant la population microbienne à des niveaux considérés sans

danger par les normes de la santé publique. •

Asepsie Ensemble des mesures empêchant tout apport exogène de microorganismes. La stérilisation, la désinfection et la décontamination sont des moyens de réaliser l’asepsie.

• Antibiotiques : Ce sont des agents chimiothérapeutiques, agissant de manière spécifique au niveau

d’une voie métabolique microbienne, et inhibant ainsi la croissance microbienne. Les antibiotiques «

naturels » sont fabriqués par des micro-organismes (bactéries et moisissures). Les antibiotiques «

semi-synthétiques » sont obtenus par modification chimique des antibiotiques naturels. Les

antibiotiques « synthétiques » tels que les sulfamides sont obtenus par synthèse chimique. Les

antibiotiques agissent à des concentrations de l’ordre du µg/ml in vitro.

• Temps de réduction décimal (D) C’est le temps nécessaire pour réduire d’une puissance de 10 le

nombre de microorganismes. La contamination initiale est divisée par 10 chaque fois que l’opération de destruction en cours est prolongée d’un temps D.

• Type d’action Une substance est dite bactériostatique (ou fongistatique) si elle possède la propriété

d’inhiber momentanément la multiplication des bactéries (ou des champignons). Une substance est

dite bactéricide (ou fongicide) si elle détruit totalement les bactéries (ou les champignons). • Spectre

d’activité Il s’agit de la liste des espèces vis-à-vis desquelles un agent exerce son pouvoir bactéricide

ou bactériostatique. Si les désinfectants et les antiseptiques ont un spectre très large, les antibiotiques

ont un spectre beaucoup plus étroit. Par exemple la pénicilline G n’agit que sur les bactéries à Gram positif.

La résistance aux antibiotiques : ou antibiorésistance est la capacité d'un micro-organisme de

devenir insensible à un antibiotique, il existe des résistances naturelles dues a la structure cellulaire des

espèces bactérienne toutefois d’autres résistances sont acquises par le transfert de matériels génétique

entre souches et espèces bactérienne qui les transforment en bactéries résistantes voire multi

résistantes aux antibiotiques.

18

10. La mycologie

Définition:

La mycologie est la science qui étudie les champignons (du grec "mukes"=champignon et "logos"= étude,

science).

Les champignons constituent un ensemble très diversifié que l’on estime bien que les chiffres soient

approximatifs a environ un million d’espèces. Leur origine est ancienne, ils sont connus depuis l’ère

primaire et leur filiation est discutée. Longtemps classé avec les végétaux, ils sont actuellement considérés

comme une lignée à part, distincte à la fois des animaux et des végétaux, par des caractéristiques

biochimiques bien distinctes des végétaux on cite par exemple la synthèse fréquente de chitine au lieu de

cellulose.

Les mycètes microscopiques ou micromycètes désignent les champignons microscopiques regroupant les

levures et les champignons filamenteux. Ce sont des microorganismes eucaryotes, hétérotrophe, non

photosynthétique, caractérisés par la présence d’une membrane nucléaire et de mitochondries. Ils sont

ubiquitaires et très répandus dans la nature. Les moisissures se trouvent dans les endroits obscurs, humides

et mal aérés, le plus souvent entre 10 et 30°C. On les rencontre à la surface du sol, dans les salles de bain, les

cuisines, sur les tapisseries, mais aussi sur les fruits, les légumes et tous les végétaux en décomposition, le

fromage, le pain, les plantes d’intérieur, les aquariums, les vêtements et chaussures en cuir, etc.

10-1. Structure de la cellule mycélienne :

Organisation interne

La cellule fongique est constituée des éléments classiques d'une cellule eucaryote:

un ou plusieurs noyaux limités par une membrane nucléaire et renfermant plusieurs chromosomes

un cytoplasme contenant:

- des mitochondries

- des ribosomes

- des granulations de réserves

- une vacuole (volumineuse chez les cellules âgées) Elle est limitée par deux enveloppes

la membrane plasmique

la paroi, épaisse et rigide (dont la constitution est différente de celle des

bactéries)

Cellule mycélienne

19

10-2. physiologie des champignons :

La majorité des champignons filamenteux sont aérobie tandis que les levures regroupe des espèces

aérobie et des espèces qui tolère l’anaérobiose aussi bien que en présence d’oxygène. La majorité des

champignons microscopiques se développent à des températures de 10 C° jusqu’à 30C° et beaucoup

d’entre eux sont acidophile (tolèrent l’acidité).

10-3. Formes végétatives

Les champignons filamenteux (les moisissures) sont composés de filaments ou hyphes enchevêtrés

les uns par rapport aux autres et formés de cellules très allongées et parfois cloisonnées. L’ensemble

des hyphes constitue un réseau appelé mycélium (appelé parfois thalle).

.

Vue de la moisissure de Penicillium sp.en microscope optique Gr : 10x100

Le mycélium est la partie végétative des champignons, Il est composé d'un ensemble d’hyphes, que l'on

trouve dans le sol ou le substrat de culture (aliments, surfaces contenant la matière organique, milieux de

culture de laboratoire...).

L’organisation tubulaire du mycélium résulte du fait que le protoplasme est canalisé dans des parois rigides

pourvues d’une charpente fibrillaire résistante qui s’oppose à l’élargissement. Cette paroi présente souvent,

notamment dans les formes évoluées, des composés particuliers, comme la chitine, qui forment des

microfibrilles se substituant à la cellulose. Les microfibrilles de chitine sont formées d’acétylglucosamine

polymérisée en chaînes non ramifiées.

A B Hyphe cloisonné Hyphe non cloisonné

20

Les filaments des mycéliums sont dans certains cas perforés (cas des hyphes cloisonné), les solutions de

continuité entre cellules portent le nom de plasmodesmes.

10-4. Croissance des mycéliums

La croissance des filaments des mycéliums se fait par leurs extrémités. La croissance peut être relativement

rapide et atteindre plusieurs millimètres à l’heure lorsque les conditions sont favorables. L’élongation résulte

d’un flux cytoplasmique orienté de vésicules sécrétrices. Ces vésicules contiennent des précurseurs de parois

et lorsque leur membrane s’anastomose avec le plasmalemme, elles déversent leur contenu à l’extérieur du

cytoplasme. Ainsi, en même temps et au même lieu sont assurés l’extension de la membrane cytoplasmique

et celle de la paroi. Celle-ci est d’abord fluide et plastique. Elle forme un dôme apical qui se distend puis se

rigidifie. L’accroissement en diamètre est ainsi limité et le cytoplasme se trouve canalisé dans une structure

tubulaire. Le mycélium se ramifie soit par dichotomie de l’apex, soit par bourgeonnement de filaments

latéraux qui s’accroissent de la même façon par leur extrémité.

10-5. Les levures (unicellulaires)

Les levures ont été découvertes au 19ème

siècle par Pasteur qui démontrera leur rôle dans la transformation

des sucres en alcools. Ce sont des microorganismes formés d'une seule cellule, sphérique, ovoïde ou

cylindrique, de taille très variable selon les espèces (diamètre de 4µm environ, voire plus), limitée par une

paroi constituée essentiellement de polysaccharides, de protéines, lipides, sels minéraux.

Ces cellules peuvent être isolées, en chaînettes, et peuvent être capsulées.

Les levures peuvent engendrer des filaments qui ne sont pas des hyphes et portent le nom de

pseudomycélium.

21

10-6. Structure cellulaire de la levure :

10-7. Intérêt biotechnologique des champignons

Les champignons sont d'un grand intérêt pour l'homme dans plusieurs domaines d'activité :

En industrie agroalimentaire, certains champignons, à l'instar de la levure Saccharomyces cereviceae, sont

utilisés en fromagerie et en pâtisserie, mais également dans la production de boissons alcooliques par

fermentation.

En écologie, les champignons saprophytes participent au maintient de l'équilibre écologique en libérant dans

l'environnement, à partir de la matière qu'ils décomposent, du carbone et des sels minéraux.

En biotechnologie, les champignons tels que Ashbya gossypii, sont exploités dans la production de

vitamines A, B ou D. d’autres champignons sont utilisés dans la production des acides, des polysacharides,

des enzymes, des aromes ect.

En pharmacie, plusieurs espèces de champignons sont utilisées pour la synthèse de médicaments. Le

polysaccharide K, produit chimique dérivé de Trametes versicolor, est utilisé comme adjuvant dans le

traitement du cancer.

Levure

Saccharomyces cerevisiae,

vue au microscope

électronique

22

En agriculture, les champignons à l'instar de Beauveria bassiana sont utilisés dans la lutte biologique. Ce

champignon permet de lutter contre le doryphore dans la culture des pommes de terre ou contre une chenille

responsable de la pyrale du maïs.

Bien que les champignons soient exploités dans tous ces domaines, plusieurs sont des parasites des plantes,

des animaux et de l'homme.

11. La Virologie

11-1. Définitions :

Les Virus sont infectieux et potentiellement pathogènes Ce sont des entités nucléo-protéiques possédant un

seul type d’acide nucléique (ARN ou ADN) Se reproduisent dans la cellule hôte en utilisant leurs propres

matériel génétique et en utilisant le métabolisme et les constituants le la cellule hote pour se répliquer, les

virus sont incapables de croître et de se diviser sans infecter une cellule hôte (parasitisme intracellulaire

absolu ), Les virus sont donc totalement différents des bactéries ou des parasites, qui sont des cellules.

11-2. Découverte des virus : Les maladies virales comme la rage, la fièvre jaune ou la variole affectent

les humains depuis des siècles, cependant la cause de ces maladies n’était pas bien élicidé, À partir de 1859,

Pasteur mène une lutte contre les partisans de la « génération spontanée » et propose l’explication de la

dissémination des maladies par les agents infectieux, mais a cet époque les microorganismes et les virus

n’était pas encore connus.

Entre 1887 et 1892, le botaniste russe Dimitri Ivanovskiétudia une maladie végétale, la mosaïque du tabac,

et montra que la sève des plantes malades contenait un agent infectieux qui n’était pas retenu par les filtres

Chamberland . C’est le chimiste hollandais Martinus Beijerinck qui approfondit ces travaux et, en 1898,

écarta non seulement l’hypothèse bactérienne mais aussi l'hypothèse toxinique et il lui donna le nom de

Contagium vivum fluidum.

L’apparition de la microscopie électronique dans les années 1930 permit l’observation des virus, mais on ne

savait toujours pas à cette époque ce qu’ils étaient réellement. Le biochimiste américain Wendell

Stanley cristallisa le virus de la mosaïque du tabac sous forme de cristal protéique en 1935.il a reçu u prix

Nobel de chimie de 1946 pour ses travaux en chimie qui ont intiter la science de virologie.

11-3. Structure des virus :

Génome : Un virus comporte toujours un génome qui est de l’ADN ou de l’ARN, de sorte que dans la

classification des virus on distingue en premier lieu virus à ADN et virus à ARN. Ce génome peut-être

monocaténaire (à simple brin) ou bicaténaire (à double brin).

La Capside : Le génome est emballé dans une structure protéique appelée CAPSIDE, d’un mot grec, capsa,

signifiant boîte. La capside protège le génome. Elle a une conformation géométrique qui, selon les

virus est, soit tubulaire, soit polyédrique. On appelle nucléocapside la structure compacte formée

par l’assemblage de la capside autour du génome. On distingue donc :

Nucléocapside tubulaire ou hélicoïdale : C’est un tube enroulé en peloton (pour ce qui concerne les

virus humains ou animaux, ce peloton est lui-même enveloppé dans un 3e élément appelé péplos).

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Nucléocapside polyédrique : Ce n’est pas n’importe quel polyèdre mais un ICOSAÈDRE : polyèdre

à 20 faces qui sont des triangles équilatéraux, et 12 sommets. Vu sous un certain angle, l’icosaèdre

présente un contour hexagonal.

Enveloppe ou péplos : D’un mot grec signifiant manteau, c’est l’élément le plus externe de certains virus,

Ce terme évoque une structure souple et, de fait, le péplos est une membrane, dérivée des membranes

cellulaires, cytoplasmique, golgienne, ou nucléaire selon les virus. En effet, les virus à péplos terminent leur

multiplication dans la cellule par bourgeonnement. Les Virus nus, ce sont des virus sans péplos, les

poliovirus par exemple. Les virus ayant un péplos sont plus fragiles aux conditions externes que les virus

nus.

Le tableau ci-dessous montrant les caractéristique structural des virus

Taille Croissance

dans milieu

artificie

Division

binaire par

fission

Continent

AND et

ARN

Contient des

ribosomes

Sensibilité

aux

antibiotiques

Cellule

animale

20 µm + - + + -

Bactérie 2 µm + + + + +

Virus 0,02 – 0,3

µm

- - - -* -

*« Certains virus à ARN semblent accidentellement conetenir des ribosomes qui ne joeunt aucun rôle

dans la synthèse de protéines virales.

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11-4. Multiplication des virus

11-4-1. Conditions de multiplication des virus

Se multiplier pour un être vivant, c’est reproduire un édifice fait d'un ensemble complexe et précisément

organisé de macromolécules. Pour réussir un tel édifice, il faut quatre sortes d'éléments.

1) Le plan de travail : c'est l'information génétique du virus contenue dans son génome et fondée sur la

séquence des bases de son ADN ou ARN.

2) La matière première : de petites molécules telles qu’acides aminés, acides gras, nucléotides.

Le virus n'a pas de réserves de petites molécules et n’a pas non plus de système, même primitif, qui lui

permettrait de puiser ces composants dans le milieu extérieur.

3) L'énergie : c'est l'énergie libérée par hydrolyse de composés tels que l'ATP. Le virus n'a pas de réserve

d'ATP ni les moyens d'en constituer ; il n’a aucune source d’énergie propre.

4) Les accélérateurs biologiques « les enzymes » :

Sans enzymes, les assemblages ne se feraient pas ou si lentement que les édifices biologiques seraient

détruits durant leur construction.

Les virus n'ont pas les chaînes enzymatiques des grandes voies de synthèse biologique.

Un virus est donc incapable par lui-même de synthétiser un autre virus, alors qu'une bactérie est capable de

produire une autre bactérie. Pour se multiplier, un virus n'a que son génome et doit l’introduire dans un

endroit où se trouvent des sources de matière première, des sources d'énergie, des enzymes : l'intérieur d'une

cellule vivante. C'est donc la cellule infectée qui va fabriquer de nouveaux virus, selon un procédé de

biosynthèse que l'on appelle réplication.*

11-4-2. Etapes de la multiplication d’un virus :

L’attachement :

Le cycle viral commence par l'attachement de la surface virale à la surface cellulaire. Il se fait par des

protéines de la capside pour les virus nus, par des glycoprotéines de l’enveloppe pour les virus enveloppés.

Pénétration :

Le virus pénètre à l'intérieur de la cellule. Pour les virus nus, cela survient essentiellement par un processus

d’endocytose. Pour les virus enveloppés, cela s’effectue par endocytose ou directement par fusion entre

l'enveloppe virale et la membrane cytoplasmique, processus dénommé fusion-lyse.

Décapsidation :

Les structures virales sont ensuite dégradées, à l'exception du génome qui, débarrassé de la capside, se

trouve libéré dans la cellule. Il est nécessaire que la capside soit détruite, ou au moins très remaniée, pour

que le génome puisse interagir avec la machinerie cellulaire.

Réplication

Le génome viral libéré commence sa réplication en utilisant la machinerie cellulaire et en produisant des

copies (répliques) du génome viral, des protéines virales des capsides, des glycoprotéines et aussi des

enveloppes (péplos) pour les virus enveloppés.

Transcription :

Après multiplication du génome virale, commence l’étape de transcription de l’ARNm permettant ainsi de

fabriquer les enzymes nécessaire pour la multiplication du virus et des protéines qui vont servir a la

fabrications des capsides virales.

Assemblage

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Les nouveaux génomes fabriqués par la cellule s'entourent de nouvelles protéines virales elles-aussi

fabriquées par la cellule. Cet emballage est l'encapsidation (l'inverse de la décapsidation) des génomes qui

aboutit à la formation de nouvelles particules virales.

Libération

Les nouveaux virus sont libérés par la cellule par éclatement cellulaire pour les virus nus, par

bourgeonnement pour les virus enveloppés. C'est lors du bourgeonnement que les virus enveloppés

reçoivent leur enveloppe hérissée de spicules glycoprotéiques. Une cellule infectée produit de l’ordre de 100

à 1000 particules virales. La multiplication d'un virus est donc très différente de la multiplication d'une

bactérie ou d’une cellule eucaryote car le virus n’augmente pas de taille et ne se divise pas : il sort sous

forme complète de la cellule et ne se modifie plus avant d’infecter une autre cellule.