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Microbiologie Générale
BIO 3524
1
Informations Générales
• Enseignant: John Basso
• Courriel: jbasso@uottawa.ca
• Tel. 613-562-5800 Poste 6358
• Bureau: BSC102
• Ma page web: http://mysite.science.uottawa.ca/jbasso/accueil.htm
• Page web du cours: http://mysite.science.uottawa.ca/jbasso/micro/accueil.htm
2
Ma Page Web
3
2
Sujets du Cours
• Principes et historique de la microbiologie
• Diversité et classification des microorganismes
– Anatomie, métabolisme, croissance
• Contrôle de la croissance microbienne
– In vitro (désinfection & stérilisation), in vivo (antibiothérapie)
• Virologie
– Anatomie et croissance
4
Sujets du Cours (suite)
• Principes d’immunologie
– Les défenses du corps humain contre les infections
• Microbiologie médicale
– La maladie et le diagnostic
• Principes d’épidémiologie
– La propagation d’infections dans les populations
5
Manuel de Cours
6
• Il n’y a pas de manuel de cours requis. Mais, si vous désirez obtenir un manuel en tant que référence, je vous recommande le livre suivant. Une version électronique est disponible sur la page web du cours.
3
Évaluation du Cours - Examens de Session
• 3 examens de session
– Chaque examen couvrira la matière vue dans les semaines précédentes (non récapitulatif) et contribuera à 15 % de la note finale
– Ces examens comporteront 31 questions à choix multiples pour une durée de 75 minutes
– Réponses a être soumises sur Scantrons• 1 point pour Scantrons correctement rempli
– Informations obligatoires: Nom, numéro d’étudiant, côte du cours et section
– Note maximale: 30/30• Ex. 32/30 ou 31/30 ou 30/30 sont tous égaux à 30/30
– Ces examens seront à livre fermé7
Évaluation du Cours - Examen Final
• Cet examen est récapitulatif– Contribuera entre 50-55% de la note finale
– Cet examen comportera 72 questions à choix multiples pour une durée de 3h
– Réponses a être soumises sur Scantrons• 1 point pour Scantrons correctement rempli
– Informations obligatoires: Nom, numéro d’étudiant, section
– Note maximale: 70/70
– Cet examen sera à livre ouvert• Toute matière imprimée est permise
• Tous les appareils électroniques, sauf pour les calculatrices, sont interdits 8
Évaluation du Cours - Problèmes
• Périodiquement, 5 séries de problèmes seront disponibles sur la page web de ce cours
• Les dates de remises exactes seront annoncées en classe
• Vous aurez une semaine pour compléter chacune des séries
• Valeur totale de 5% de votre note finale
9
4
Points Bonis sur la Note Finale!!
• 8 QUIZ
– Les quiz sont optionnels
– Les quiz seront disponibles sur Brightspace les samedi de 9h-21h
– Vous aurez 15 minutes pour compléter les quiz
– Chaque quiz consistera de 2 questions
– Les personnes qui obtiendront 100% sur au moins 4des quiz seront attribuées deux points bonis
– Les personnes qui obtiendront 100% sur au moins 3des quiz seront attribuées un point boni
10
Points Bonis sur la Note Finale!!
• Microorganisme mystère
– Chaque semaine un nouvel indice sera disponible sur la page web du cours
– Identifier le microorganisme
– Indiquer le nom complet (genre et espèce) sur la première page de votre examen final
• Bonne réponse = un point boni
11
Calcul de la Note Finale
Option I Option II
Problèmes 5 5
Examens de session 45(a) 40(b)
Quiz (≥ 4/8) 2 2
Microorganisme mystère 1 1
Examen final 50 55
Note finale maximale 103 103
12
a: Les notes des 3 examens de session seront utilisées dans le calcul de la note finale
b: Les 2 meilleures notes des trois examens de session seront utilisées dans le calcul de la note finale
5
FAQ
• Est-ce que j’ai besoin d’un manuel de cours?
• J’ai manqué un examen, comment ma note sera-t-elle calculée?
• Il me manque seulement un point pour atteindre la prochaine note alpha numérique; est-ce qu’il y a quelque chose que je peux faire?
13
Microbiologie
L’Étude des Microorganismes
14
Définition d’un Microorganisme
• Dérivé du grec: Mikros, «petit» et Organismos, «organisme»
– Organisme microscopique unicellulaire
• Peuvent exister dans des populations homogènes– Colonie
• Peuvent vivre dans des populations hétérogènes– Biofilms
– Incluent les bactéries, les champignons, les algues, les protozoaires et les virus
15
6
Micro_?
16
Atome
0.1nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 1 cm 0.1 m
Acideaminé
Protéine Virus
Organites
Bactérie
Cellule de plante Cellule animale
ProtistesFungi
Fourmi
Microscope électronique L’œil humain
Microscope optique
_Organisme?
• Qui est vivant
– Possède un métabolisme
• Qui peut vivre de façon indépendante
– N’est pas l’unité d’une organisation multicellulaire
• Ex. Une cellule du foie n’est pas un organisme
• Exception: Parasite obligatoire– Ne peut pas vivre de façon indépendante, mais est un
organisme!
17
Propriétés de la Vie
• Les organismes vivants:– Sont composés de cellules
– Réagissent à leurs environnements
– Peuvent se nourrir
– Sont capable d’obtenir et d’utiliser de l’énergie
– Ils maintiennent un équilibre interne
– Peuvent croître et se reproduire
– Ils sont assujettis à une adaptation évolutionnaire
18
7
Unité de la Vie - La Cellule
• Composantes structurales :– Membrane plasmique
– +/- Paroi cellulaire
– Noyau/Nucléoïde
– Cytoplasme
• Composantes chimiques :– Protéines
– Lipides
– Polysaccharides
– Acides nucléiques 19
Cellules Eucaryotes Vs Procaryote
Eucaryote Procaryote
Membrane nucléaire
Noyau
Aucune membrane nucléaire
Nucléoïde
Plus d’une molécule d’ADN Une molécule d’ADN
Division mitotique Division non-mitotique
Fission binaire
Organites Pas d’organites
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Réagir à son Environnement
• Les organismes interagissent avec leur environnement et d’autres organismes
• Les réponses aident à assurer la survie de l’organisme et de poursuivre ses activités biologiques
– Ex. Se déplacer d’un endroit pauvre en nutriments à un endroit plus riche
– Chimiotaxie
– Phototaxie
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8
Se Nourrir
• Le Métabolisme:
– Absorption et transformation des composés chimiques
• Anabolisme + Catabolisme– Anabolisme : Synthèse macromoléculaire
» Construction
– Catabolisme : Dégradation macromoléculaire
» Destruction
– Obtenir, générer et utiliser de l’énergie
– Élimination des déchets
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Maintenir un Équilibre Interne
• La cellule maintien un environnement interne constant
– Ex. pH, concentration de soluté, pression osmotique, température, etc.
• L’organisme maintien un environnement interne constant
– Homéostasie
23
Reproduction
• Reproduction:
– Capacité de tout type d’organisme de générer un autre organisme tel que lui
• Organisme unicellulaire, tel que les bactéries se divisent tout simplement en deux
– Reproduction asexuée: Fission binaire
– Les organismes multicellulaires sont souvent le résultat de l’union de deux cellules de différents individus
• Ex. Reproduction sexuée; Ex. Spermatozoïde + ovule
24
9
Reproduction – Le Code Génétique
• Les instructions pour l’organisation et le développement d’un organisme sont encodés dans les gènes
• Les gènes sont composés d’ADN
– Le génome
• Déchiffrage (Transcription + Traduction)– Génération de la machinerie cellulaire
– Génération de nouvelles cellules
– Maintien de la cellule
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Adaptation Évolutionnaire
• Les organismes acquièrent des changements transmissibles aux générations futures qui permettent de mieux répondre à leurs environnements
– Changement au niveau du génome
• Le maintien de ces changements dépend de pressions sélectives
– Ex. Acquisition de résistances aux antibiotiques
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Étudiés par les Microbiologistes
• Cellulaire
– Champignons• Ex. Levure
– Protistes• Ex. Algue
– Bactéries• Ex. E. coli
– Archaea• Ex. Méthanogènes
• Acellulaire
– Virus• Composé d’acides
nucléiques et de protéines
– Viroïdes• Composé d’ARN
– Prions• Composé de protéines
27
10
Domaines de la Microbiologie
• Bactériologie– L’étude des bactéries
• Microbiologie environnementale– L'étude des processus microbiens dans l'environnement
• Microbiologie alimentaire– L’étude des microorganismes qui causent des maladies d'origine
alimentaire et la détérioration
– L’étude des microorganismes utilisés dans la fabrication des aliments
• Microbiologie industrielle
– Utilisation et développement de microorganismes en biotechnologie
• Microbiologie médicale– L’étude, le diagnostic et le traitement des maladies microbiennes
28
Domaines de la Microbiologie (Suite)
• Mycologie– L’étude des champignons
• Protozoologie– L’étude des protistes
• Virologie – L’étude des virus
• Épidémiologie– L’étude du rôle des microorganismes dans la santé et la maladie des
populations
• Immunologie– L’étude des mécanismes de défense du corps contre les virus, les
bactéries, et les champignons
29
• Quelle (s) description (s) pourrait (ent) correspondre à celle d’un microorganisme?
A. Cellule différentiée de 50 μm parmi une collection de différentes cellules
B. Organisme multicellulaire de 30 μm constitué de plusieurs différents types cellulaires
C. Colonie visible à l’œil nu composée d’un milliard de cellules identiques de 5 μm
D. Organisme de 20 μm qui possède un besoin absolu d’un hôte afin d’obtenir de l’énergie
E. Entité de 5 nm capable de se reproduire chez un hôte, mais qui est incapable de croitre
30
11
Classification des Organismes
31
Niveaux de Classification
• Divisions hiérarchiques
– Règne (Pas utilisé par les microbiologistes)
• Les microbiologistes utilisent la division « les domaines »
– Phylum
– Classe
– Ordre
– Famille
– Genre
– Espèce32
Les Domaines et les Règnes
• Tous les organismes sont issus d’un ancêtre commun le Progénote
• Les organismes dérivés du progénote sont regroupés dans trois domaines ou 6 règnes
33
Domaines Règnes
Archaea Archaeabacteria
Eubacteria Eubacteria
Eukarya
Animalia
Plantae
Protista
Fungi
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Définition d’une Espèce
• Unité de base en taxonomie qui représente un type d’organisme spécifique
– Pour les organismes qui se reproduisent sexuellement la définition fondamentale est la compatibilité reproductive
• Cette définition ne peut pas être appliquée pour plusieurs espèces microbiennes (telles que les bactéries) puisqu’elles ne se reproduisent pas sexuellement
34
Q. Vrai ou Faux
• Tous les microorganismes se reproduisent de façon asexuelle?
• Tous les macroorganismes se reproduisent de façon sexuelle?
35
Définition d’une Espèce
• Microbiologie:
– Un ensemble de souches microbiennes qui partagent plusieurs caractéristiques et qui diffèrent de façon significative d'autres groupes de souches
– Les espèces sont identifiées par des comparaisons à des « souches types » de références connues
36
13
Définition d’une Souche
• Population de microbes issue d’un individu unique
– Différentes souches représentent des variantes génétiques d’une même espèce
• Biotypes: souches qui ont des différences biochimiques ou physiologiques
• Morphotypes: souches qui possèdent des différences morphologiques
• Sérotypes: discrimination de souches d’une même espèce qui possèdent différents déterminants antigéniques à leurs surface
• Pathotypes: variante microbienne causeuse de maladie qui se distingue des autres membres de son espèce par sa virulence
37
Typage
38
• Biotypes de Vibrio sp.
Typage
39
• Morphotypes de Salmonella sp.
14
Typage
40
• Sérotypes d’Escherichia coli
– Classifiés d’après des déterminants antigéniques des lipides de la paroi (antigène O) et du flagelle antigène H
• Ex.– E.coli O157:H7 (Entérohémorrhagique)
– E.coli O148:H28 (Entérotoxigénique)
Typage
41
• Pathotypes d’Escherichia coli
– Regroupés en fonction des mécanismes par lesquels ils causent la maladie
ETEC Enterotoxigenic Escherichia coli
STEC Shiga toxin producing Escherichia coli
EPEC Enteropathogenic Escherichia coli
ExPEC Extraintestinal Escherichia coli
Nomenclature
• Nom scientifique – Système binomial
– Nom du genre + nom de l’espèce
• Nom du genre débute toujours avec une majuscule
• Peut-être abrégé
• Le nom du genre peut être utilisé seul
• Le nom de l’espèce n’est jamais abrégé
• Le nom de l’espèce n’est jamais utilisé seul– ex: Bacillus subtilis
– B. subtilis
– Bacillus sp.
– Bacillus
42
15
Propriétés Utilisées pour la Classification
• Morphologie coloniale
• Forme et arrangement cellulaire
• Structure de la paroi
– Coloration de Gram
• Structures cellulaires spécifiques
• Caractéristiques biochimiques/métaboliques
43
Propriétés Utilisées pour la Classification
• Test Sérologique
– Utilise des antisérums spécifiques contre un groupe de microorganismes
• L’antisérum contient des protéines (anticorps) qui réagissent avec des antigènes sur l’organisme
– Avantages:
• Très spécifique
• Ne requiers pas de cultures pures
• Permets l’identification d’organismes qui ne peuvent pas être crus en laboratoire
44
Propriétés Utilisées pour la Classification
• Propriétés moléculaires
– Contenu G + C
– Hybridation d’acides nucléiques
– Séquençage d’acides nucléiques
45
16
Propriétés Moléculaires pour la Classification
• Contenu G + C
– Exprimé soit comme un pourcentage
• % (G+C) =G+C
G+C+A+TX 100
– Ou un rapport
•A+T
G+C
– Estimé obtenue à partir de la température de fusion de l’ADN
• Un pourcentage plus élevé de G + C donne une température de fusion plus élevée
46
Contenu G + C
• Très variable parmi les espèces microbiennes
– 20 – 80%
– Permet de discriminer différentes espèces
• Un différent contenu indique que les espèces sont différentes
– Ne permet PAS de regrouper des individus comme étant de la même espèce
• Différentes séquences peuvent avoir le même contenu
47
Propriétés Moléculaires pour la Classification
• Hybridation d’acides nucléiques
– Permet de déterminer quel pourcentage d’ADN simple brin d’une espèce peut s’apparier à l’ADN simple brin d’une différente espèce pour générer des hybrides double brin
– Plus le pourcentage d’hybridation est élevé, plus les espèces sont rapprochées
+
Espèce 1 Espèce 2Hybrides
48
17
Propriétés Moléculaires pour la Classification
• Séquençage d’acide nucléique
– Séquences de gènes pour des enzymes spécifiques
– Séquences de génomes complets
– Séquences des gènes des ARN ribosomaux 5S et 16S
• La comparaison de ces séquences est très utilisée pour déterminer la relation entre différents groupes microbiens
49
Classification en Trois Domaines
50
Bactéroïdes
Spirochètes
Chlamydia
Protéobactéries
Gram positives
G + C élevéGram positives
Faible G + C
Eubacteria
Thermophiles
Extrême
Hyperthermophiles
Méthanogenes
Archaea
Fungi
Plantae
Protista
Animalia
Eucarya
Progénote
Domaine: Eubacteria
• Procaryote
• Groupe d’organismes le plus vaste sur terre
– Classifiés d’après leurs…
• Forme
• Besoins d’oxygène variés
• Maladies qu’ils causent
– Obtention d’énergie: Photosynthèse ou chimiosynthèse à partir de composés organiques
51
18
Les Protéobacteries
• Plus grand groupe de bactéries
– Gram négatives
• Possèdent une paroi faite de peptidoglycane
• Possèdent une deuxième membrane bilipidique externe à la paroi
• Obtiennent leur énergie par chimiosynthèse à partir de composés organiques ou photosynthèse
• Plus grand groupe de pathogènes52
Les Bactéries Photosynthétiques
• Incluent les Cyanobactéries, et quelques protéobactéries (bactéries vertes/pourpre sulfureuses et les bactéries vertes/pourpres non sulfureuses
• Obtiennent leur énergie par photosynthèse
– Source d’électrons inorganique
• Source de carbone inorganique
53
Les Bactéroïdes
• Caractéristiques semblables aux Protéobactéries
• Ne tolèrent pas l’oxygène
• Membrane contient des sphingolipides
• Principalement mutualistes
– Bactéries prédominantes des intestins
• Pathogènes opportunistes
54
19
Les Bactéries Gram Positives
• Possèdent une paroi faite de peptidoglycanes
• Ne possèdent pas de membrane externe à la paroi
• Obtiennent leur énergie par chimiosynthèse à partir de composés organiques
• Plusieurs espèces font des spores
– Cellule différentiée
• Plusieurs espèces pathogènes
55
Les Bactéries Atypiques
• Chlamydia– Paroi n’est pas à base de peptidoglycane
– Possèdent une deuxième membrane bilipidiqueexterne à la paroi
– Parasite intracellulaire obligatoire
– Incapable de générer de l’énergie
• Mycoplasmes– Aucune paroi cellulaire
– Forme non définie
– Parasite intracellulaire obligatoire
– Incapable de générer de l’énergie56
Les Bactéries Atypiques
• Spirochètes– Forme de tire-bouchon
– Trop minces pour être observés par microscopie traditionnelle
– Pathogène de la syphilis et de la maladie de Lyme
• Mycobactériums– Classifiés parmi les bactéries Gram positives à
contenu G + C élevé
– Paroi avec acide mycoïque imperméable aux colorants
– Pathogènes de la Tuberculose et de la Lèpre57
20
Domaine Archaea
• Procaryotes, mais plus étroitement liés aux eucaryotes
• Paroi sans peptidoglycanes
• Membrane cellulaire distincte des eubactéries et des eukarya
• Lipides avec des liens éther plutôt qu’ester
58
Domaine Archaea - Membranes
59
O O
OO
O O
OO
O O
OO
O O
O O
Archaebactérie Eubactérie & Eukarya
Monocouche Bicouche
Domaine Archaea - Métabolisme
• Majoritairement des extrêmophiles
– Vivent dans des environnements extrêmes
• Ex. Acidophiles, halophiles, thermophile, psychrophiles
• La plupart ne requièrent pas d’oxygène
• Énergie obtenue par chimiosynthèse en utilisant des sources d’électrons inorganiques
– Pas de glycolyse
60
21
Domaine Eucarya: Règne Fungi
• Unicellulaire/multicellulaire
• Paroi cellulaire
– Fait de chitine
• Membrane cellulaire possède des stérols
• Obtention d’énergie: Chimiosynthèse
• Besoin absolu d’oxygène
• Reproduction sexuée et asexuée
• Inclut micro et macroorganismes
61
Domaine Eucarya: Règne Protista
• Unicellulaires et multicellulaires• Peuvent causer des maladies• Peuvent être des parasites
• Obtention d’énergie: Chimiosynthèse
• Besoin absolu d’oxygène
• Reproduction sexuée et asexuée
• Inclut micro et macroorganismes
62
I. Protistes Semblables aux Animaux
• Protozoaires - “Premier animal”
• Ne possèdent pas de paroi
• Sont hétérotrophe
– Obtiennent leur énergie par chimiosynthèse
• Sont motiles
• Reproduction majoritairement par fission binaire
63
22
I. Protistes Semblables aux Animaux
64
Sarcodines – Amibe
Ciliés – Paramécie
Flagellés – Euglène
Sporozoaires – Plasmodium
(Tous des parasites)
II. Protistes Semblables aux Plantes
• Unicellulaire et multicellulaire
• Obtiennent leur énergie par photosynthèse
• Autotrophe - Source de carbone inorganique
• Possèdent une paroi
– Diatomées
– Dinoflagellés
– Algues vertes
– Algues rouges
– Algues brunes65
Unicellulaire
Multicellulaire
III. Protistes Semblables aux Champignons
• Moisissures unicellulaires
• Obtiennent leur énergie par chimiosynthèse
• Hétérotrophe- Source de carbone organique
• Motiles
• Possèdent une paroi
– Ex. Mildiou
• Cause de la Grande Famine en Irlande
66
23
Domaine Eucarya: Règne Plantae
• Organismes eucaryotes multicellulaires
– Organisés en tissus
– Font la photosynthèse
– Cellules possèdent des parois cellulaires
– Besoin absolu d’oxygène
• Mousses, fougères, conifères, angiospermes, etc.
67
Domaine Eucarya: Règne Animalia
• Multicellulaires
• Absence de paroi
• Organisés en tissus
• Besoin absolu d’oxygène
• Obtention d’énergie: Chimiosynthèse
• Obtiennent leurs nutriments par ingestion
– Éponges, vers, insectes, rotifères, vertébrés
68
Historique
69
24
L’Origine de la Vie – Le Débat?
• 300 av. J.-C. - Aristote
– Croyance que les êtres vivants sont crée de façon spontanée à partir de matière non vivante
– La vie n’est pas nécessaire à la création de la vie– Inondation des terres au printemps résulte dans des
mares d’eaux qui génèrent des grenouilles
– Les viandes laissées à l’extérieur pourrissent et génèrent des mouches
– Récoltes de grains entreposés sous des conditions humides pourrissent et génèrent des souris
– Cette croyance demeure incontestée pour plus de 2000 ans
70
Hypothèse sur l’Origine de la Vie
• Aucune matière ne peut être créée ou détruite
• Tout ce qui existe est le résultat de transformations
• La vie survient de façon spontanée par la transformation d’ingrédients appropriés
– La génération spontanée
71
17e Siècle - Jan Baptista Van Helmont
• Recette
– Contenant ouvert avec sous vêtements souillés + blé
– Après 21 jours l’odeur change et le ferment provenant des sous-vêtements réagit avec le blé le transformant en souris adultes
• Des souris des deux sexes sont créées
• Les souris adultes peuvent se reproduire entre elles
72
25
Conclusion
• Le blé + le ferment des sous-vêtements souillés créent des souris
– La vie peut être créée à partir de matières inertes
• La vie créée de façon spontanée peut aussi propager la vie
73
17e Siècle- Francesco Redi
• Premier à contester l’hypothèse de la génération spontanée
– Question de Redi: d’où proviennent les asticots?
– Hypothèse: les asticots proviennent des mouches
– Expérience:
74
Temps
17e Siècle- A. Van Leeuwenhoek
• L’utilisation du microscope lui a permis de voir de la vie invisible à l’œil nu
– Les animalcules
• Premier à observer des microorganismes au microscope– Premier à décrire des bactéries et des protozoaires
75
26
18e Siècle; Controverse : Needham Vs. Spallanzani
• La question: Quelle est la cause de l’apparition d’organismes vivants dans un bouillon?
– Hypothèse de Needham: Génération spontanée
– Hypothèse de Spallanzani: Les microbes proviennent de l’air. Bouillir le bouillon les tuera
76
Controverse : Needham Vs. Spallanzani
• Expérience
77
Composés essentiels à la génération spontanée sont détruits par la chaleur!?
19e Siècle- Louis Pasteur
• Observation
– Le traitement du lait avec de la chaleur prévient le lait de devenir aigre
– Le traitement à la chaleur prévient la fermentation du vin
• Pasteurisation
• Hypothèse
– Les microorganismes dans l’air tombent et croissent s’ils trouvent un milieu approprié tel que de la nourriture
78
27
L. Pasteur-Méthode Expérimentale
79
Les microorganismes peuvent atteindre le milieu
Les microorganismes ne peuvent pas se rendre au milieu
L’entrée d’air n’est pas restreinte
L. Pasteur-Méthode Expérimentale
80
Longue période de temps
Bouillir bouillon de culture dans un flacon avec cou de cygne ouvert à l’air ambiant
La poussière et les microorganismes sont piégés dans le cou; n’atteignent pas le bouillonAucune croissance microbienne
Poussière
L. Pasteur-Méthode Expérimentale
81
Courte période de temps
Pencher flacon pour que le bouillon entre en contact avec la poussière
Croissance rapide des microorganismes
28
18 -19e Siècle - Les Maladies
• Il est généralement accepté qu’il existe un lien entre la saleté et les maladies
• Croyance : il y a des mauvaises graines dans l’air appelé miasmes
• Les miasmes qui causent les maladies ont une mauvaise odeur
82
Lister –Père de l’Antisepsie
• Observation:
– Remarque une incidence élevée d’infections des plaies suite aux chirurgies
• Propose que les microorganismes provenant de l’air ambiant sont responsables des infections
• Lister utilise l’acide carbolique, utilisé pour désodoriser les égouts, pour traiter les instruments, les plaies et les pansements
– Observe une réduction marquée dans l’incidence de la gangrène
• Cela à mener à l’application de chirurgies stériles 83
Pasteur – Les Maladies
• « Le rôle des infiniment petits dans la nature est infiniment grand »
• Propose la théorie germinale
– De nombreuses maladies sont causées par des microorganismes qui envahissent les humains, les animaux et d'autres hôtes vivants
• Premier a démontrer que les germes causent une maladie chez un macroorganisme
– Un germe est responsable du taux élevé de mortalité chez les vers de soie
– N’a jamais démontré que les germes causent des maladies chez les humains
84
29
19e Siècle - Robert Koch
• Observation:
– Des amas de bactéries (colonies) de différentes grosseurs, couleurs, et formes croissent sur les tranches de patates à l’air ambiant
85
Colonies
86
• Conclusion:
– Les colonies sont des cultures pures originaires de cellules uniques de différentes bactéries puisqu’une colonie étalée de façon répétée génère des colonies identiques
Koch (suite)
• Problème :
– Plusieurs bactéries sont incapables de croître sur les patates!
• Solution :
– Utilise la gélatine comme agent de solidification
– Créa différents milieux solides à partir de liquides tels que le sang
87 87
30
Koch (suite)
• Désavantages de la gélatine
– Protéine qui est digérée par plusieurs bactéries
– Est liquide à des températures au-dessus de 28oC
• Solution – L’Agar
– Polysaccharide dérivé d’une algue
– Demeure solide à >37oC
– Fond à 100oC
– N’est pas digéré par la majorité des bactéries
88
19e Siècle- Robert Koch
• Étudie la maladie de l’anthrax qui tue le bétail
• Fait croître la bactérie à partir du sang d’animaux malades en culture pure– Bacillus anthracis
• Observations:– Le sang d’animaux malades transmet la maladie
– Le microorganisme se retrouve seulement chez les animaux malades
– Le microorganisme crû en laboratoire transmet la maladie aux animaux sains
89
Robert Koch
• Démontre un lien direct entre des germes spécifiques et une maladie précise:– 1875 – Identifie le germe responsable de l’anthrax
– 1882 – Découvre le germe responsable de la tuberculose (TB)
– 1883 – Découvre le germe responsable du choléra
90
31
Robert Koch (suite)
• Conclusion: Les microorganismes sont responsables des maladies
– Les pathogènes
• Ces résultats mènent Robert Koch à élaborer des lignes directrices pour l’association d’un microorganisme à une maladie
– Les postulats de Koch
91
Postulats de Koch
• Le microorganisme doit être présent dans tousles cas de maladie, mais absent des organismes sains
• Le microorganisme suspect doit être isolé et cultivé en culture pure
• La maladie doit se développer quand le microorganisme isolé est inoculé dans un hôte sain
• Le même microorganisme doit être isolé à nouveau de l’hôte malade
92
Limites des Postulats de Koch
• Ces postulats peuvent-ils être appliqués à tous les microorganismes causeurs de maladie?
– Pas tous les microbes peuvent être crûs en cultures pures
• Ex. Virus
– Pas tous les microbes peuvent être crus en labo
– La même maladie peut être causée par différents microbes
– Certaines maladies sont causées par une combinaison de microbes
93
32
Limites des Postulats de Koch (suite)
– Les microbes pathogènes peuvent se retrouver dans des individus sains
• Ex. État de porteur
– La maladie (les symptômes) peut survenir après la disparition du microorganisme
• Ex. Réponse immunitaire-maladie auto-immune
– Un hôte compatible n’est pas toujours disponible
• Ex. VIH
94
Postulats Modifiés pour les Virus
• Le virus doit être isolé de l’hôte malade• Le virus doit être cultivé dans des cellules de
l’hôte• Le pouvoir pathogène du virus doit pouvoir être
éliminé par une filtration• Le virus doit causer une maladie avec des
symptômes semblables à l’original quand il est inoculé dans un hôte compatible
• Une réponse immunitaire contre le virus doit être induite suite à l’infection
95
Postulats Modernes – Moléculaire
• Fredricks et Relman (1996):
– Une séquence nucléique qui appartient au pathogène putatif devrait être présent dans la plupart des cas de maladie infectieuse et préférentiellement dans les organes ou sites atteints
– Un plus faible nombre ou aucune copie de la séquence associée au pathogène devraient se trouver dans l’hôte ou les tissus qui ne sont pas atteints
– Le nombre de copies de la séquence associé au pathogène devrait diminuer avec la guérison
96
33
Postulats Modernes – Moléculaire
– La détection de la séquence précède la maladie ou le nombre de copies est corrélé à la sévérité de la maladie
– La nature du microorganisme inférée à partir de la séquence devrait être en accord avec les caractéristiques biologiques connue de ce groupe de microorganismes
– La cause microbienne fondée sur les évidences à base des séquences doit être reproductible
97
20e Siècle- Les Agents Antimicrobiens
• Alexander Fleming découvre un produit naturel d’un champignon qui tue les bactéries
• La Pénicilline
98
Colonie de Penicillium
Croissance inhibée
Croissance bactérienne
La Virologie – Les Virus
• 19e siècle– Charles Chamberland invente un filtre dont les
pores sont plus petits que les bactéries
– Demitri Ivanowsky démontre qu’un extrait d’une plante infectée est toujours infectieux après une filtration avec le filtre de Chamberland
• Conclut que l’agent est une toxine bactérienne
– Martinus Beijerinck (Père de la virologie) démontre que l’agent de Chamberland peut seulement se reproduire dans des cellules
• Appelle l’agent “contagium vivum fluidum” ou contagion vivante
99
34
L’Immunologie
• Une jeune laitière informe le médecin Edward Jenner qu'elle ne pouvait pas obtenir la variole parce qu'elle avait déjà été malade à partir du virus bovin
• 1796: Edward Jenner inocule une personne avec le virus de la vaccine bovine
– La personne a été protégée contre la variole
• Puisque le virus s’appelle Vaccinia, il nomme la méthode - vaccination
– La protection est appelée immunité100
La Microscopie
Les Colorations
101
Les Colorants
• Basique : Chargés positivement– Interagissent avec les groupements négatifs
• Ex. Membranes plasmiques
• Acide : Chargés négativement– Interagissent avec les groupements positifs
• Ex. Le verre
102
35
Colorations Positives
103
• Coloration du spécimen
Colorations Négatives
• Coloration de l’environnement de fond
104
A. Grand bacilleB. Petit bacille
Méthode
• Coloration simple:
– Un seul agent de coloration
– Colorant basique ou acide
– Coloration positive ou négative
– Permets de déterminer la taille, la forme, et l’arrangement des cellules
105
36
Les Formes Cellulaires
• Coccus:
– Sphères
– Division sur 1,2 ou 3 plans
– Nombre de plans de division donnent différents arrangements
– Arrangements typiques de différents genres bactériens
106
Les Cocci (Coccus)
107
Diplococcus(2)
Streptococcus(4-20)
Tétrade(4)
Staphylococcus(4-50)
ArrangementsPlans de division
Les Formes Cellulaires (suite)
• Bacilles :
– Bâtonnets
– Division sur seulement 1 plan
– Arrangements typiques de différents genres bactériens
108
37
Les Bacilles
109
Diplobacille(2)
Streptobacille(4 -12)
ArrangementsPlans de divisionBacille
(1)
Autres Formes Cellulaires
110
Bâtonnets incurvés
Typique des Vibrio
Spirales
Typique des Spirochètes
Coloration Différentielle - Coloration de Gram
• Divise les bactéries en deux groupes en fonction de la composition de la paroi cellulaire
• Gram Négatives & Gram Positives
111Rouge Mauve
38
Coloration de Gram - Principe
• Utilise une combinaison de deux colorants
– Coloration primaire - Cristal violet
• Mauve
– Coloration secondaire – Safranine
• Rouge
• Gram positif
– La paroi permet de piéger le 1er colorant
• Gram négatif
– La paroi ne permet pas de piéger le 1er colorant
112
Paroi Cellulaire
113
Méthode - Coloration Primaire
1. Coloration avec le cristal violet
2. Ajout d’iode de Gram (Mordant)+
Gram positif Gram négatif- - - - - - - - - - - - - - -Membrane plasmique - - - - - - - - - - - - - - -
Paroi: peptidoglycane LPS
+ + + + + + + + + + + + + +
114
39
Méthode - Étape Différentielle
3. Lavage à alcool
Gram positif Gram Négatif- - - - - - - - - - - - - - -Membrane plasmique - - - - - - - - - - - - - - -
Paroi: peptidoglycane LPS
+ + + + + + + + + + + + + +
Paroi est déshydratée et moins perméable – Complexe colorant + iode est piégé
Couche LPS est dissouteParoi est déshydratée, mais perméable– Complexe n’est pas piégé
115
Méthode - Contre Coloration
4. Coloration avec la Safranine
Gram positif Gram Négatif- - - - - - - - - - - - - - -Membrane plasmique - - - - - - - - - - - - - - -
Paroi: peptidoglycane LPS
+ + + + + + +
+
+ + + + + + + + + + + + + +
116
Sommaire
117
Fixation
Coloration primaire
Violet de cristal
Contre coloration
Safranine
Lavage
Décoloration
40
Gram Positif
• Colorées Mauves
– G + C faible
• Bacille ou bâtonnet– Sporulants: Genres Bacillus et Clostridium
– Non sporulants: Lactobacillus et Listeria
• Coccus ou sphère– Genres Streptococcus, Staphylococcus et Micrococcus
– G + C élevé
• Bacille ou bâtonnet– Genre Mycobactérium
118
Gram Négatif
• Colorées Rouges
– Protéobactéries, Bactéroïdes, Chlamydia, Spirochètes, Cyanobactéries, bactéries vertes/pourpre sulfureuses, etc.
– Majoritairement des bacilles
– Quelques genres sont des cocci:
• Genres Neisseria, Moraxella, & Acinetobacter
119
Coloration alcoolo-acido résistante
• Coloration diagnostique de Mycobactérium
– Pathogènes de la Tuberculose et de la Lèpre
– Paroi cellulaire avec acide mycoïque
120
41
Méthode
• Principe:
– Contenu élevé de composés similaires aux cires dans la paroi cellulaire, acide mycoïque, rend ces bactéries très imperméables aux colorants
121
Méthode (Suite)
• La paroi est rendue perméable par la chaleur
• Coloration avec de la fuchsine basique
– Refroidissement retourne la paroi à son état imperméable
• Colorant est piégé
• Lavage avec de l’alcool acide
– Étape différentielle
• Mycobactéries retiennent le colorant
• Autres bactéries perdent le colorant
122
Coloration de Spores
• Spores:
– Cellule bactérienne différentiée
– Résistante à la chaleur, la déshydratation, les ultraviolets, et différents traitements chimiques
– Typique des bacilles Gram positifs
• Genres Bacillus et Clostridium
– Conditions défavorables induisent la sporogénèse
• Différenciation de cellule végétative à l’endospore
123
42
Coloration au Vert de Malachite
• Perméabilisation des spores par la chaleur
• Coloration primaire au vert de malachite
• Lavage
• Contre coloration à la safranine124
Cellules végétatives
Spores
Endospore
Sporangium
Colorations Fluorescentes
• Utilise la lumière UV
• Substance fluorescente absorbe la lumière UV et émet de la lumière visible
– Colorants fluorescents• Colorants vitaux
• Colorants métaboliques
– Anticorps conjugué• Immunofluorescence
125
Colorants Fluorescents – Coloration Vitale
• Combinaison de 2 colorants– Vert de SYTOX
• Colorant vert
• Coloration de l’ADN
• Colore seulement les cellules mortes– Cellules vivantes – la membrane est
imperméable au colorant
– Cellules mortes – membranes endommagées sont perméables au colorant
– DAPI• Colorant bleu
• Coloration de l’ADN
• Colore les cellules mortes ou vivantes
126
Mortes Vivantes
43
Colorants Fluorescents – Coloration Métabolique
• CTC
– Colore seulement les cellules qui font la respiration• Colorant est réduit par le succinate déshydrogénase à un
produit rouge fluorescent
127
Métabolismeactif Inactif
Immunofluorescence
• Utilise un anticorps qui reconnaît une caractéristique spécifique à la surface du microorganisme
• L’anticorps est conjugué à un fluorochrome
• Le fluorochrome émet de la lumière visible quand il est excité par les UV
• Permet la discrimination de différentes bactéries
128
Anatomie Bactérienne
129
44
Dimensions
• 1-4m
– Rapport élevé de la superficie par rapport au volume
• Favorise la diffusion et l’absorption– Prise de nutriments et élimination de déchets
– Croissance rapide
– Densité cellulaire élevée
130
Membrane Plasmique
• Propriétés et Fonctions – Recouvre toute la cellule
• Approx. 8nm d’épaisseur
– Sépare l’extérieur de l’intérieur
– Barrière sélective
– Permet la concentration de certains composés
– Permets l’excrétion des déchets
– Lieu de plusieurs processus métaboliques• ex. Respiration
– Lieu de génération d’ATP
131
La Bicouche Lipidique
132
45
Membrane Plasmique
• Frontière de Perméabilité
– Maintien l’environnement cellulaire interne:
• Hypertonique
– Problème:
• Comment la cellule obtient-elle des nutriments?
133
Perméabilité de la Membrane
• Substance Taux de prise
• Eau 100
• Glycérol 0.1
• Tryptophane 0.001
• Glucose 0.001
• Ion de chlorure 0.000001
• Ion de sodium 0.0000001
134
Passage Passif des Solutés
• Passage de molécules (solutés) au travers de la membrane sans investissement d’énergie
• Taux de passage est une fonction du gradient de concentration
• Ne peut pas opérer contre un gradient de concentration
• Ne peut pas créer un gradient de concentration• Deux types:
– Diffusion passive• Indépendant d’un transporteur
– Dépendant de la perméabilité membranaire
– Diffusion facilitée• Dépendant d’un transporteur
– Indépendant de la perméabilité membranaire135
46
Diffusion Passive
136
Cinétique de la Diffusion Passive
137
Tau
x d
e p
rise
du
glu
cose
(v)
Concentration externe de glucose
Co
nce
ntr
atio
n in
tern
e d
e gl
uco
se
Temps
Concentration externe de glucose
Cinétique de la Diffusion Facilitée
138
Tau
x d
e p
rise
du
glu
cose
(v)
Concentration externe de glucose
Co
nce
ntr
atio
n in
tern
e d
e gl
uco
se
Temps
Concentration externe de glucoseTaux de saturation vmax
1/2 vmax= Km
Km: représente l’affinité du transporteur pour le substrat
* Le plus faible le Km le plus élevé est l’affinité
47
Transport - Actif
• Passage de molécules au travers de la membrane qui dépend sur un investissement d’énergie
– ATP ou gradient de protons
• Passage dépend d’un transporteur
• Taux de passage n’est pas une fonction du gradient de concentration
• Peut opérer contre un gradient de concentration
• Peut créer un gradient de concentration
139
Cinétique du Transport Actif
140
Tau
x d
e p
rise
du
glu
cose
(v)
Concentration externe de glucose
Co
nce
ntr
atio
n in
tern
e d
e gl
uco
se
Temps
Concentration externe de glucoseTaux de saturation vmax
1/2 vmax= Km
Km: représente l’affinité du transporteur pour le substrat
* Le plus faible le Km le plus élevé est l’affinité
Transport – Translocation de Groupe
• Passage et conversion de molécules au travers de la membrane avec investissement d’énergie
• Passage est dépendent d’un transporteur
• Indépendant d’un gradient
• Peut créer un gradient
141
48
Les Transporteurs
• Protéines amphipathiques
• Protéines transmembranaires (Intégrale)– Porines
– Uniporteur
– Symporteur
– Antiporteur
• Utilisés pour le transport…– Facilité
– Actif
– Translocation de groupe
142
Porines
• Structures dans la membrane externe des bactéries Gram-négatives
• Diffusion facilitée de composés de faibles poids moléculaires
• Canaux pour petites molécules hydrophiles
• Trimères protéiques
• Semi-sélectives
– Taille
– Propriétés ioniques 143
Les UNIporteurs
144
• Sélectif
• Utilisé pour diffusion facilitée ou transport actif
49
Les SYMporteurs
145
• Sélectif
• Utilisé pour diffusion facilitée ou transport actif
Les ANTIporteurs
146
• Sélectif
• Utilisé pour diffusion facilitée ou transport actif
Sommaire
147
Propriétés D. P. D. F. T. Actif Transloc.
Transporteur - + + +
Travail contre gradient
Non Non Oui Oui
Spécificité Non Oui Oui Oui
Dépense d’énergie Non Non Oui Oui
En fonction de la perméabilité
Oui Non Non Non
Transformation Non Non Non Oui
50
Osmose : Diffusion de L’Eau
• Diffusion de l’eau au travers d’une membrane semi-perméable séparant deux solutions dont les concentrations en solutés sont différentes
• Le transfert de solvant se fait à partir de la solution la moins concentrée en soluté (hypoosmotique) vers la solution la plus concentrée (hyperosmotique) jusqu'à l'équilibre (isoosmotique)
148
Osmose : Diffusion de L’Eau
• Le passage de l’eau est influencé par la concentration de solutés
– Deux types de solutés
• Perméable à la membrane
• Imperméable à la membrane
– Tonicité
• Concentration totale de solutés dissociés imperméables
– Osmolarité
• Concentration totale de solutés perméables + imperméables dissociés
149
Tonicité Vs Osmolarité
• La tonicité cause un mouvement net de l’eau d’une concentration plus faible de solutés imperméables à une concentration plus élevée
– Cause un changement du volume
150
Perméable
Imperméable
51
Tonicité Vs Osmolarité
• L’osmolarité ne cause pas un mouvement net d’eau
– Pas de changement de volume
151
Perméable
Imperméable
Calcul de la Tonicité
• Concentration totale de solutés dissociés non perméables
– Ex. 1 molaire NaCl → 1 molaire Na+ + 1 molaire Cl-
• 2 osmoles
– 1 molaire CaCl2 → 1 molaire Ca+ + 2 molaire Cl-
• 3 osmole
– 1 molaire glucose
• 1 osmole
– 1 molaire glucose + 1 molaire glycérol (perméable)
• 1 osmole152
Calcul de l’Osmolarité
• Concentration totale de solutés dissociés
– Ex. 1 molaire NaCl → 1 molaire Na+ + 1 molaire Cl-
• 2 osmoles
– 1 molaire CaCl2 → 1 molaire Ca+ + 2 molaire Cl-
• 3 osmole
– 1 molaire glucose
• 1 osmole
– 1 molaire glucose + 1 molaire glycérol (perméable)
• 2 osmole
153
52
Tonicités Relatives
154
Perméable
Imperméable
Hypertonique Hypotonique Hypertonique Hypotonique
Tonicités Relatives
155
Perméable
Imperméable
Isotonique Isotonique
Osmolarités Relatives
156
Perméable
Imperméable
Hyperosmotique Hypoosmotique Hyperosmotique Hypoosmotique
53
Osmolarités Relatives
157
Perméable
Imperméable
Isoosmotique Isoosmotique
Structures Externes à la Membrane
158
Fimbriae
Membrane
Paroi
Flagelle
ADN
Cytoplasme
Ribosomes
Capsule
Paroi Cellulaire
• Fonctions:
– Résister à la pression osmotique
• La pression osmotique est une fonction de la différence dans la concentration des solutés imperméables
– Confère la forme cellulaire
159Ratatiné
RatatinéLyse
TurgideFlaccide
Normale
54
Sommaire des Parois
160
Membrane plasmique Membrane plasmique Membrane plasmique
Periplasme
Peptidoglycane Peptidoglycane Peptidoglycane
PorineLPS
Lipide A
Porine
Acide Mycoïque
Gram Positif Gram Négatif Alcoolo acido-résistant
La Paroi - Unité de Peptidoglycane
161
NH
Ala
Glu
Ala
La Paroi - Couches Multiples de Polymères de Peptidoglycanes
162
• Gram négatifs
– 1-2 couches
• Gram positifs
– 10-30 couches
55
Pontages entre les Polymères de Peptidoglycanes chez les Gram -
163
Acide N-acétylmuramique
N-acétylglucosamine
ala
glu
DAP
alaala
ala
DAP
glu
Acide N-acetylmuramique
N-acétylglucosamine
ala
ala
lys
glu
Acide N-acetylmuramique
N-acetylglucosamine
Pontages entre les Polymères de Peptidoglycanes chez les Gram +
164
Acide N-acetylmuramique
N-acetylglucosamine
ala
glu
lys
alagly
glygly
glygly
Assemblage de la Paroi
• Clivage par autolysine
• Sous unités préformées ajoutées
• Pontages créés (transpeptidation)
165
56
Parois des Bactéries Gram – et +
166
Acide techoïque
Membrane plasmiqueBicouche lipidique
Couche épaissede peptidoglycanes
O-Polysaccharides
Membrane plasmiqueBicouche lipidique
Mince couche depeptidoglycanes
Porines
Phospholipides
LipopolysaccharidesLipide A
Espace périplasmique
Composés qui Agissent sur la Paroi
167
Croissance sans pénicilline
Croissance avec pénicilline
Les Bêta-Lactamines: inhibent la transpeptidation
Les ß-lactamines agissent seulement sur les bactéries en croissance active
Composés qui Agissent sur la Paroi
• Le Lysozyme
– Clive les liens ß-1-4 entre la N-glucosamine et l’acide acétyle-muramique
– Mode d’action semblable aux autolysines
– Agit sur les bactéries en croissance ou en absence de croissance
168
57
Couche LPS
• Caractéristiques :
– Membrane externe seulement chez bactéries Gram négatives
– Lipopolysaccharides impliqués dans le pouvoir pathogène
• Lipide A
– Imperméable aux grosses protéines, polysaccharides et H+
169
Glycocalyx
• Couche de polysaccharides ou polypeptidique qui entoure la cellule– Aussi appelée polysaccharide extracellulaire (PSE)
• Faite à l’intérieur de la cellule puis sécrété• Deux types:
1. Couche visqueuse– Faiblement organisée et attachée
2. Capsule– Hautement organisée et fermement attachée
• Fonctions:• Protège contre l’assèchement• Protège contre la phagocytose• Permet l’adhésion• Résistance à l’environnement
170
Glycocalyx - Capsule
• PSE fermement attachée à la paroi cellulaire
• Permet l’adhésion aux surfaces
• Protection contre la phagocytose
– Facteur de virulence
171
58
Glycocalyx - Couche Visqueuse
• PSE fixé de façon lâche à la paroi cellulaire
• Matrice des biofilms
• Permet l’adhésion aux surfaces
• Protection contre la phagocytose
– Facteur de virulence
– Protection contre les conditions environnementales
• Assèchement
• Antibiotiques
172
Fimbriae
• Minces fibres creuses
• Composées de sous-unités protéiques
• Permettent l’adhésion
• Associées au pouvoir pathogène
173
Pouvoir Pathogène des Fimbriaes
174
59
Motilité Bactérienne
• Glissement
– Petites particules de protéines rotatives (roulement à billes) ou sécrétion de surfactants
• Nage
– Flagelles
• Longs appendices rigides et minces composés d’un polymère d’une protéine; la flagélline
175
Structure du Flagelle
176
Filament FilamentCrochet
Peptidoglycane
Membrane plasmique
Flagelle de Gram positif Flagelle de Gram négatif
Peptidoglycane
Membrane plasmique
Membrane externe
Anneaux d’ancrage
Espace périplasmique
Motilité Bactérienne (Suite)
• Vésicules gazeuses-Appareil de flottaison
– Petites structures cylindriques creuses et rigides composées de deux protéines
– Imperméables à l’eau
– Perméables aux gaz atmosphériques
– Retrouvées chez les bactéries aquatiques
– ex. Cyanobactérie
177
60
Motilité Bactérienne (Suite)
• Magnétosomes-Bactéries Magnétotactiques
– Chaînes de particules magnétites
• Fe3O4
– Chaque particule représente un aimant miniature
– Permettent de s’orienter vers les pôles
178
Anatomie des Cellules Eucaryotes
179
Paroi Cellulaire
• Présente chez plusieurs microorganismes eucaryotes
180
DiatoméesLevure Champignons Algues
• Présente chez quelques macroorganismes
• Composés de divers polysaccharides, tels que la cellulose, la chitine et les glucans
61
Membrane Plasmique
• Même architecture que celle des procaryotes
– Bicouche lipidique
• Problème- Rapport surface/volume plus petit
– Passage moins efficace
– Solution - Contient des stérols
• Cholestérol
• Augmente la fluidité et la perméabilité aux composés non polaire
181
Cytosquelette
• Réseau interne protéique de microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules
– Confère la forme cellulaire
– Permet la création de compartiments
– Utilisé pour le transport interne
– Permet la motilité
182
Motilité Eucaryote
• Flagelles et Cils
– Cylindres flexibles
– Composés de tubuline
• Extension du cytosquelette
• Recouverts de la membrane plasmique
183
62
Organites Eucaryotes
• Architecture:
– Compartiments enveloppés de bicouches lipidiques
184
Mitochondrie/Chloroplaste Synthèse d’ATP
Noyau Génome
Appareil de Golgi Transport-Export
Réticulum endoplasmique Synthèse de protéines
Lysosome Digestion
La Nutrition
Macronutriments requis pour la biosynthèse: C,H,N,O,P,S 185
Le Carbone
• Requis pour la synthèse de tous les organiques– Glucides
– Lipides
– Protéines
– Acides nucléiques
• Sources– Organiques
• Monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, protéines, lipides, acides nucléiques, phénols, etc.
– Inorganiques• CO2 et CO
186
63
Le Phosphore
• Requis pour la synthèse des :
– Acides nucléiques
– Phospholipides
– ATP
• Sources:
– Organiques et inorganiques
• La forme inorganique est la plus utilisée
187
L’Azote
• Requis pour la synthèse des:
– Acides aminés
– Acides nucléiques
– Le peptidoglycane
• Sources:
– Organiques: acides aminés
– Inorganiques: NH3, NO3 & N2
188
Le Soufre
• Requis pour la synthèse des:
– Acides aminés (Cystéine/Méthionine)
– Vitamines (thiamine et biotine)
• Sources:
– Organiques: acides aminés
• Cystéine et méthionine
– Inorganiques:
• S, SO4
189
64
L’Hydrogène et l’Oxygène
• Requis pour la synthèse de tous les organiques!!– Glucides– Lipides– Protéines– Acides nucléiques
• Sources: – Organiques:
• Tout composé organique
– Inorganiques: • H2 (Méthanogènes seulement)• H2O (Principalement les autotrophes)
190
Classification Nutritionnelle
• Source de Carbone
– Hétérotrophes :
• Molécules organiques préformées
– Autotrophes:
• Molécules inorganiques– CO2 et CO
191
Classification Nutritionnelle (Suite)
• Sources d’énergie– Phototrophes:
• Lumière
– Chimiotrophes: • Oxydation de composés organiques et inorganiques
• Sources d’e-– Organotrophes:
• Molécules organiques réduites
– Lithotrophes: • Molécules inorganiques réduites
192
65
Types Nutritionnels
• Nomenclature:
– Source de Carbone-d’Énergie-d’Électrons
• Ex. Autotrophes photolithotrophes
• Hétérotrophes photoorganotrophes
• Autotrophes chimiolithotrophes
• Hétérotrophes chimioorganotrophes
193
Besoin de nutriments
• Prototrophes vs. Auxotrophes
– Prototrophe
• Une espèce ou une souche d’un microbe capable de croître dans un milieu minimal qui inclut une source organique ou inorganique de carbone et des sources inorganiques de tous les autres nutriments
– Auxotrophe
• Une espèce ou une souche d’un microbe qui requière un ou plusieurs nutriments organiques (tels qu’acides aminés, nucléotides, vitamines, etc.) pour la croissance
Production d’Énergie
• L’obtention d’énergie dépend des réactions d’oxydoréductions
195
Ae-e- A
B Be-e-
A donne des électrons à B (ou réduit B)
B accepte des électrons d’A (ou oxyde A)
66
Potentiel de réduction ou potentiel redox
• Mesure de la tendance (volonté) d’un composé chimique d’accepter des électrons et donc d’être réduit
– Unité de mesure : Eo (volts)
• Le plus négatif est Eo le plus faible le potentiel d’oxydation
– Plus grande tendance de donner plutôt que d’accepter des électrons
• Le plus positif est Eo le plus élevé le potentiel d’oxydation
– Plus grande tendance d’accepter plutôt que de donner des électrons
196
Redox Vs Énergie
197
ΔEo
Eo: -0.5
Eo: +0.5
A
B
AH + B → A + BH : ΔEo= -1.0 ; Énergie produite
↑Eo = ↑Énergie = ↑d’ATP
Eo = EoDonneur - Eo
Capteur
A + BH → AH + B : ΔEo= +1.0 ; Énergie investie
Production d’Énergie (suite)
• Oxydatif-Respiration
– Aérobie
• O2 utilisé comme capteur final d’e-
– Anaérobie
• Capteur final d’e- inorganique autre que O2 utilisé
• Fermentation
– Capteur final d’e- organique utilisé
198
67
Métabolismes Énergétiques Microbiens
• Sentiers glycolytiques
• Respiration
• Fermentation
• Chimiolithotrophie
• Photosynthèse
199
Sentiers Glycolytiques
• Glycolyse:
– Plus commun des sentiers glycolytiques
– Fait par la majorité des chimiotrophes
– Oxydation partielle du glucose au pyruvate
– Production nette de 2 ATP
– 2 NAD sont réduits au NADH
200
Chacune de ces étapes procède deux fois pour chaque molécule de glucose
Respiration
• Caractéristiques
– Pyruvate est complètement oxydé au CO2
– NADH est oxydé au NAD
• Essentielle pour continuer l’opération des sentiers glycolytiques
– Utilise un accepteur d’électron inorganique
• Respiration aérobique: Capteur final d’e- O2
• Respiration anaérobique : Substance inorganique autre qu’O2 utilisée en tant que capteur final
– Ex. nitrate, nitrite, sulfate
– ATP additionnels sont faites
68
4C
Respiration-Cycle de Krebs
• Sommaire/1 molécule de pyruvate:– Équivalences d’énergie
• 1 ATP
– Équivalences de réduction• 4 NADH• 1 FADH
– Composés d’un carbone• 3 CO2
– Intermédiaires biosynthétiques de 4C• α-kétoglutarate• Succinate• Oxaloacétate
202
Respiration: Chaîne de Transport d’Électrons
• Respiration aérobie:
– Capteur final d’e-: O2
– 3 ATP/NADH
– 2ATP/FADH
• Respiration anaérobie:
– Capteur final d’e- autre que O2
• NO3, NO2, SO4, etc.
203
Fermentation
• Caractéristiques
– Pyruvate est réduit à des acides organiques ou alcool
– Capteur final d’e- est organique
– NADH est oxydé au NAD:
• Essentielle pour continuer l’opération des sentiers glycolytiques
– O2 n’est pas requis
– Aucun ATP additionnel de faits
– Des gaz (CO2 et/ou H2) peuvent être relâchés
69
Fermentation - Lactique
205
• Capteur d’électron organique - Pyruvate• Régénération de NAD +
Fermentation - Éthanolique
206
• Capteur d’électron organique - Acétaldéhyde• Régénération de NAD +
Lithotrophie
• Caractéristiques– Utilise un donneur d’e- inorganique réduit
• Ex. Nitrite, soufre, hydrogène
– Les e- sont passés au travers d’un sentier de transport d’électrons
• Couplé à la synthèse d’ATP et NADH
– Les e- sont utilisés pour réduire un capteur final d’e-• O2 → H2O ou CO2 → Méthane
– ATP et NADH sont utilisés pour convertir le CO2 à des sucres
• Cycle de Calvin - autotrophes
70
Chemolithotrophie – CTE
168
NADH dehydrogenase Ubiquinone Cytochrome Cytochrome
NAD+
NADH
2H+ + ½ O2
H2O
2e- 2e- 2e-
Donneur inorganique d’e- (ex. Fe+2)
Transport d’e- inverseApport d’énergie requis
Transport d’e-Production d’énergie
Potentiel Rédox: Eo (V)- 0.5 + 0.8
Sommaire des Sentiers Chimiotrophiques
• Glycolyse– Oxydation partielle du glucose au pyruvate
• Capteur d’e- : NAD+
• Rendement d’ATP: 2
• Respiration aérobique– Cycle de Krebs: oxydation du pyruvate au CO2
• Capteur d’e-: NAD+ et FAD+
• Rendement d’ATP: 1
– CTE : oxydation de FADH et NADH• Capteur d’e- : O2
• Rendement d’ATP: 2/FADH et 3/NADH209
Sommaire des Sentiers Chimiotrophiques
• Respiration anaérobique
– Cycle de Krebs: Oxydation du pyruvate au CO2
• Capteur d’e-: NAD+ et FAD+
• Rendement d’ATP: 2
– CTE: Oxydation de NADH et FADH– Capteur d’e- : Inorganique autre que O2
– Rendement d’ATP: ‹‹2/FADH et ‹‹3/NADH
• Lithotrophie• CTE: Oxydation d’une source d’e- inorganique
– Capteur d’e- : O2 ou CO2
210
71
Photosynthèse
• Caractéristiques:
– Donneur d’e- réduit un pigment photosynthétique
– L’énergie lumineuse rend le potentiel redox du pigment photosynthétique réduit plus négatif
– Les e- sont passés au travers d’un sentier de transport d’électrons
• Couplé à la synthèse d’ATP
– Les e- sont utilisé pour réduire un capteur final d’e-
– ATP est utilisés pour convertir le CO2 à des sucres• Cycle de Calvin - autotrophes
211
Photosynthèse – 2 Types
• Anoxygénique - Cyclique
– Donneur d’e-: Organique ou inorganique (H2S, S ou H2)
– Capteur final d’e- : Pigment photosynthétique oxydé
• Oxygénique- Non-cyclique
– Donneur d’e-: H2O
• H2O + Pigox → ½ O2 + Pigred
– Capteur final d’e- : NAD ou NADP
212
Photosynthèse Anoxygénique
213
Bch
Cyt
Cyt
Cyt
+0.25
+0.0
-0.5
+0.5
-0.25
-1.0
EoV
P870Pigment capteuroxydé
Donneur d’e-H2S, S, H2
e e
e e
72
Photosynthèse Anoxygénique
214
Bch
Cyt
Cyt
Cyt
+0.25
+0.0
-0.5
+0.5
-0.25
-1.0
EoV
e e
P870
Photosynthèse Anoxygénique
215
Bch
Cyt
Cyt
Cyt
+0.25
+0.0
-0.5
+0.5
-0.25
-1.0
EoV
P870
e e
Photosynthèse Anoxygénique
216
P870
P870
Bch
Cyt
Cyt
Cyt+0.25
+0.0
-0.5
+0.5
-0.25
-1.0
Donneur d’e-H2S, S, H2
EoV
73
Photosynthèse Oxygénique
217
P680
P680
ch
Cyt
Cyt
+0.25
+0.0
-0.5
+0.5
-0.25
-1.0
P700
P700
ch
Cyt
Cyt
NADPou
NADH2O
1/2 O2+ 2H
EoV
Comparaison des Photosynthèses
218
Caractéristiques
Non cyclique Cyclique
CyanobactérieBactéries
vertes/pourpre sulfureuses
Bactéries vertes/pourpre non sulfureuses
Donneur d’e- H2OComposés de
soufreOrganique ou H2
Production d’O2 Oui Non Non
Capteur d’e- NAD ou NADPPigment
PhotosynthétiquePigment
Photosynthétique
Environnement Aérobie Anaérobie Anaérobie
Les Milieux de Culture
219
74
La Complexité Nutritionnelle
• La complexité nutritionnelle est une fonction de la capacité biosynthétique
• Plus élevée est la capacité biosynthétique le plus faible sont les besoins nutritionnels
220
• Est-ce que les prototrophes ont des besoins
nutritionnels plus élevée que les auxotrophes?
• Est-ce que la capacité biosynthétique est plus
élevée chez les prototrophes?
Milieux Complexes
• À base d’ingrédients complexes et riches
– Ex. Extraits de protéines de soja
– Extraits de protéines de lait
– Produits sanguins
– Jus de tomate, etc.
• Composition chimique exacte inconnue
• Peuvent être sélectifs et/ou différentiels
221
Milieux de Composition Définie
• Composition chimique connue
– Peut contenir jusqu’à 80 ingrédients différents
– Peut être très simple
– Permet la croissance d’un nombre restreint de microorganismes
– La composition est très variable en fonction du microorganisme
• Peuvent être sélectifs et/ou différentiels
222
75
Milieux Sélectifs
• Contiennent des composés qui inhibent ou tuent les organismes non désirés
– Ex. Milieu contenant de la pénicilline permet seulement la croissance des microorganismes résistants à la pénicilline
223
Milieux Différentielles
224
• Permettent de distinguer différentes espèces
• Contiennent souvent des indicateurs de pH
– Permettent de distinguer différents métabolismes
Production d’acide change le milieu au jaune
Production d’alcalins change le milieu au rouge
Paramètres Environnementaux
• Exigences d’oxygène
• pH
• Température
• Concentration de solutés/Disponibilité d’eau
225
76
Exigence d’Oxygène
• Aérobie:– Besoin absolu d’oxygène pour survivre
– L’oxygène est utilisé comme capteur final d’électron
– L’oxygène est utilisé par les bactéries qui utilisent un métabolisme d’oxydation ou de respiration aérobie
• Microaérophilie:– Besoin absolu d’oxygène à de faibles
concentrations
– Concentrations élevées sont nocives226
Exigence en Oxygène (Suite)
• Anaérobie/Aérotolérant:– L’oxygène est toléré, mais n’est pas requis
• Anaérobies facultatives:– Besoin d’oxygène facultatif
– Peuvent choisir d’utiliser l’oxygène ou non
– Possèdent un métabolisme oxygène-dépendant et un métabolisme oxygène-indépendant
• Anaérobies stricts ou obligatoires:– L’oxygène n’est pas utilisé ni toléré; ne peuvent pas
survivre en présence d’oxygène
227
La Température
228
• Les microorganismes sont poikilothermique– Ne contrôlent pas leur température
• Différentes espèces ont différents optimums
77
pH
229
Contrôle du pH
• Perméabilité sélective de la membrane
• Antiporteurs K+/H+ ou Na+/H+
• Tampons protéiques
• Chaperons
• Excrétion de déchets acides ou alcalins
230
Activité de l’Eau (aw)
231
• Mesure de la disponibilité d’eau
– aw : 1% de l’humidité relative
aw (Externe) aw (Interne)
Pourquoi?
Extérieur Intérieur Eau
Soluté
78
232
Contrôle de l’aw
• Contrôle de la concentration interne de solutés compatibles:
– Soluté qui permet le métabolisme même quand sa concentration interne est élevée
• Acides aminés, glucides
233
234
79
Le Suffixe “phile” Vs “tolérant”
• -phile• Suffixe “phile” décrit condition optimale où le microbe
peut croître à une vitesse maximale– Ex. Thermophile: la croissance du microbe se fait à vitesse
maximale à une température élevée et non faible
• -tolérant• Suffixe “tolérant” décrit une condition non optimale où
le microbe peut survivre– Il n’y a pas de croissance ou la croissance se fait à une vitesse
réduite
» Ex. Thermotolérant: le microbe survit à des températures élevées, mais préfère des températures plus faibles
235
La Croissance Bactérienne
236
Croissance Bactérienne
• Augmentation du nombre de cellules
• La bactérie se reproduit par fission binaire
– (12, 24….2n)
• Les mesures de la croissance représentent des suivis des changements dans le nombre total de cellules ou de la masse des cellules
237
80
Fission Binaire
• Reproduction asexuée
– Réplication d’ADN élongation cellulaireformation du septum septum complété et formation de la paroi séparation cellulaire et formation de cellules filles
• La quantité de toutes les molécules double : protéines, ADN, ARN, lipides pour les membranes, matériaux de la paroi, etc.
• Tout est distribué de façon quasi égale
238
Un
e g
én
éra
tio
n
ADN
Réplication
ADN
Élongation
cellulaire
Formation du septum
Formation du
septum complété et
synthèse de la
paroi
Séparation des cellules239
Croissance en Culture Discontinue (Batch)
• Système FERMÉ
– Aucun ajout de nouveaux nutriments
– Pas d’élimination des déchets
– Les cellules ne sont pas retirées
• Ex. Production de yogourt, fermentation de la bière, infection sanguine
• La densité cellulaire augmente jusqu’à ce que quelque chose devienne limitant
240
81
Profil de Croissance en Culture Discontinue
241Temps
Inoculation (Temps = 0)
Log
10
du n
om
bre
de c
ellu
les
Latence Exponentielle Stationnaire Mortalité
Phase de Latence ou d’Adaptation
• Aucune augmentation dans le nombre ou la masse de cellules
• Synthèses de composantes requises pour la croissance dans un milieu donné
– Adaptation métabolique
242
Phase Exponentielle ou Logarithmique
• Développement et division cellulaire à vitesse maximale
• Le nombre et la masse cellulaire doublent à des intervalles réguliers
• Population en équilibre physiologique et biochimique
• Nombre et la masse de cellules augmente par un facteur exponentiel (2n)
– n = nombre de division ou de générations243
82
Division Exponentielle
244
2e doublement
3e doublement
4e doublement
Nb final de cellules (N) = nombre initial de cellules (N0) X (2n)
n = nombre de générations
1er doublement
Paramètres de Croissance Logarithmique
• Temps de génération: g
– Temps requis pour que la densité cellulaire double
• g = Δt/n
• Constante du taux de croissance: k
– Nombre de fois que la densité cellulaire double dans une heure
• k = n/Δt (Générations/heures)
245
Paramètres de Croissance Logarithmique
• Taux de croissance: µ
– Taux auquel la densité cellulaire change en fonction du temps
• µ = ln2/g (cellules/minute)
• Nombre de division : n
– Nombre de fois que la densité cellulaire double
• N = No (2n)
246
83
Calcul
• Après 4 h de croissance une culture d’E.colipasse de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules
– Quel était n pour la période de 4h?
– Quel est le temps de génération?
– Quel est la constante du taux de croissance?
– Quel est le taux de croissance?
247
Calcul
• Après 4 h de croissance une culture d’E.colipasse de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules
– No: 100; N: 6.6 X 106 , t: 4h ou 240 min.
• Quel était n pour la période de 4h?
– N = No (2n); 6.6 X 106 = 100 (2n); 6.6 X 104 = 2n
– Log 6.6 X 104 = nLog2; 4.8 = n ( 0.301); n= 16
• Quel est le temps de génération?
– g = Δt/n; g= 240min./16 = 15min.
248
Calcul
• Après 4 h de croissance une culture d’E.colipasse de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules
• Quel est la constante du taux de croissance?
– k = n/Δt; k = 16/4h = 4
• Quel est le taux de croissance?
– µ = ln2/g; µ = ln2/15min.; µ = 0.69/15min.
– = 0.046 cellule/min.
249
84
Calcul
• E. coli a un temps de génération de 20 minutes. Si vous commencez avec 1 cellule d’E. coli combien en aurez-vous après 5 heures?– No:1; t: 300min.; g: 20min.– n= t/g; n= 300/20 = 15– N = No(2n); N = 1 (215); N= 32768
250
Calcul
• Une cellule bactérienne unique de 10µm possède une constante du taux de croissance de 0.5 génération/h. Quelle durée de temps minimum serait requise pour cette bactérie de se diviser suffisamment de fois pour atteindre la fin du monde à partir d’un point donnée?– Circonférence de la terre: 40 000 Km ou 4 X 1013µm – Nombre de cellules minimum (N): 4 X 1013µm /10µm– No:1; k: 0.5 génération/h– N = No(2n); 4 X 1012cellules = 1 (2n); n = 41.9– 41.9 génération/0.5g/h = 83.8h
251
Profil de Croissance
252
Tous les paramètres de croissance doivent être déterminés à partir de la phase logarithmique!Dans ce cas-ci, entre 40-130 min.
85
Lecture d’une Échelle Logarithmique
253
Quelle est cette valeur?
106 107 108 109
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Déterminer le Temps de Génération
254
Méthode 1:• Choisir deux points qui représentent
un doublement du nombre de cellules
• Ex. 10 et 20• Déterminer l’écart de temps
Méthode 2:• Choisir n’importe quel deux-points et
déterminer les coordonnés. (Nombre de cellule et temps)
• Calculer n pour l’écart de temps• Calculer g: Δt/n
g
Phase Stationnaire
• Arrêt de la croissance cellulaire
• Population n’est plus en équilibre
• Arrêt en raison d’un manque de nutriments, d’oxygène ou à une accumulation excessive de déchets, etc.
• Représente le rendement de croissance maximal sous les conditions données– Yg : Masse de microorganismes formés/Masse (g) de
substrat consommé
– Ym: Masse de microorganismes formés/mole de substrat consommé
255
86
Phase de Mortalité
• Perte de viabilité exponentielle en raison d’un manque de nutriments ou d’une exposition prolongée à des déchets
• Pas nécessairement une perte de masse
256
Mesures de Croissance
• Énumération des Microorganismes
– Abondance relative
• Mesures de turbidité
– Comptes directs
• Comptes absolus
– Comptes viables
• Nombre absolu des bactéries en croissance
257
Mesure de la Turbidité
• Mesure la quantité de lumière qui peut traverser un échantillon
• Le moins de lumière qui traverse l’échantillon le plus dense est la population
• Mesure la densité optique ou le pourcentage de transmission
258
87
Mesure de la Turbidité
• Spectrophotomètre (A600):
– Mesure de la Densité Optique (D.O.)
259
Lumière
600nm
Détecteur…. lecture
Lecture différente
260
0
2.0
1.0
D.O. 600nm % Transmission
100
0
50
Densité cellulaire
261
•Avantages:
– Rapide
• Désavantages:
– Mesure relative
– Ne distingue pas vivant de mort
– Ne distingue pas bactéries de détritus
– Ne distingue pas entre différents types de microbes
88
Problème
• Après 12h de croissance, le pourcentage de transmission d’un bouillon de culture était 0.02. Si le taux de croissance de cette culture est 0.01 cellule/min., quelle devait être le pourcentage de transmission au temps 0?
262
Solution
• t: 12h; N: 0.02, µ: 0.01; Désire No
– µ =ln2/g; Donc g= ln2/µ = 69 min.
– g = t/n; donc n= t/g = 720min/69min = 10.4
– N=No(2n)
• Notez: Le pourcentage de transmission serait plus élevé au temps 0 ou No
• Donc N=No(2-n)
– 0.02=No(2-10.4); No = 0.02/0.0007 = 27%
263
Comptes Directs
• L’échantillon à être énuméré est appliqué à une lame d’hématimètre qui retient un volume fixe dans une cellule de comptage
– Le nombre de cellules est compté
– Le nombre de cellules dans le volume donné est déterminé
264
89
Hématimètre
• Cette lame possède 2 cellules de comptage indépendantes
265
Déterminer le Compte Direct
266
• Compter le nb de cellules dans 3 carrés indépendants
– 8, 8 et 5
• Faire la moyenne
– (8 + 8 + 5)/3 =7
– Donc 7 cellules/carré
Déterminer le Compte Direct (suite)
267
• Calculer le volume d’un carré:
= 0.1cm X 0.1cm X 0.01cm= 1 X 10-4cm3 ou ml
• Diviser le nb moyen de cellules par le volume d’un carré
– Donc 7/ 1 X 10-4 ml = 7 X 104 cellules/ml
1mm
1mmProfondeur: 0.1mm
90
• Avantages:
– Rapide
– Culture pas nécessaire
– Aucune info préalable nécessaire
• Désavantages:
– Ne distingue pas vivant de mort
– Difficile de distinguer bactéries de détritus
268
Problème
• Un échantillon est appliqué à une lame d’hématimètre dont les cellules de comptages ont les dimensions suivantes: 0.1mm X 0.1mm X 0.02mm et qui possèdent 100 carrés. Des comptes de 6, 4 et 2 cellules ont été faits dans trois carrés indépendants.
– Quel est le volume d’une cellule de comptage?
– Quel est le volume d’un carré?
– Quel est le nombre de cellules par millilitre dans l’échantillon?
269
Solution
• Volume d’une cellule de comptage?
– 0.01 X 0.01 X 0.002cm = 2 X 10-7cc ou 2 X 10-7mL
• Volume d’un carré?
– 2 X 10-7mL/100 carrés = 2 X 10-9mL
• Nombre de cellules par millilitre dans l’échantillon?
– Nb moyen de cellules/carré = 4
– Donc 4 cellules/2 X 10-9mL = 2 X 109 cellules/mL
270
91
Problème
• Un échantillon qui contient 109 cellules/mL est appliqué à une lame d’hématimètre dont les cellules de comptages ont les dimensions suivantes: 0.1mm X 0.2mm X 0.1mm et qui possèdent 50 carrés. Combien de cellules en moyennes sont attendus/carré?
271
Solution
• Volume d’une cellule de comptage?
– 0.01 X 0.02 X 0.01cm = 2 X 10-6cc ou 2 X 10-6mL
• Volume d’un carré?
– 2 X 10-6mL/50 carrés = 4 X 10-8mL
• Nombre de cellules pour un carré?
– 109 cellules/mL X 4 X 10-8mL = 40 cellules
272
Comptes Viables
• Cellule viable: une cellule capable de se diviser et de générer une population (ou colonie)
1. Un compte viable est fait en diluant l’échantillon original
2. Étaler des échantillons des dilutions sur un milieu de culture approprié
3. Incuber sous les conditions appropriées pour permettre la croissance
• Des colonies sont formées
4. Les colonies sont comptées et le nombre original de cellules viables est déterminé en fonction de la dilution
92
Dilutions d’un Échantillon de Bactéries
Dilutions d’un Échantillon de Bactéries
Dilutions d’un Échantillon de Bactéries
93
Dilutions d’un Échantillon de Bactéries
Dilutions d’un Échantillon de Bactéries
5672 57 4
Comptes Viables
• Le nombre total de cellules viables est indiqué en tant qu’Unité Formatrice de Colonie (UFC) plutôt que nombre de cellule
– Chaque colonie est originaire d’une unité formatrice de colonie (UFC)
– Une plaque avec 30-300 colonies est choisie
– (Nombre de colonies sur la plaque ) ÷ le volume étalé ÷ la dilution = Nombre d’UFC/mL
• Ex. 57 UFC ÷ 0.1 ÷ 10-5 = 5.7 X 107 UFC/mL
279
94
280
• Avantages:
– Dénombre les microorganismes viables
– Peut distinguer différents microorganismes
• Désavantages:
– Pas de milieu universel
– Nécessite la croissance du microorganisme
– Seulement les cellules vivantes génèrent des colonies
– Des amas ou des chaînes de cellules génèrent une seule colonie
Compte Viable
Problème
• Des bouillons d’E.coli et de Micrococcus luteusqui contiennent 109 cellules/mL ont été dilué par 10-6. 0.2mL ont ensuite été étalé. Combien d’UFC sont attendus dans chaque cas?
– E.coli: 109 X 10-6 X 0.2mL = 200 UFC
– M. luteus: (tétrad; donc 1 UFC = 4 cellules)
• (109 X 10-6 X 0.2mL)/4 = 50 UFC
281
Question
• Quelle méthode serait la plus rapide et la plus précise pour déterminer le nombre de bactéries dans chacun des cas suivants?
– Nombre de bactéries dans un lac
– Nombre d’E. coli dans 100g de bœuf
– Comparer la densité cellulaire entre deux cultures de B. subtilis
– Déterminer le nombre d’Escherichia et de Lactobacillus dans 100mL de lait
282
95
Contrôle de la Croissance Microbienne
Les Désinfectants et Antiseptiques
283
Méthodes
• Trois approches pour le contrôle de la croissance microbienne– Chimique
• Désinfectants et antiseptiques
– Physique• Chaleur
• Ultraviolets
• Irradiations
– L'élimination mécanique• Nettoyage
• Filtration284
Terminologie
• Nettoyage
– L'élimination des souillures adhérentes visibles (le sang, les protéines et les débris), de la poussière ou des autres corps étrangers par un processus manuel ou chimique
• N’implique pas la présence ou l’absence de microorganismes
– Propreté Stérilité
285
96
Désinfection
• L’utilisation d’agents chimiques ou physiques pour tuer ou inhiber la croissance des microorganismes
– Désinfectants
• Produits chimiques utilisés pour des objets inanimés
– Antiseptiques
• Produits chimiques utilisés sur des tissus vivants
– Germicides
• Produits chimiques qui peuvent être appliqués sur des choses animées (vivantes) ou inanimées
286
Autres Définitions
• Contamination
– Contaminant:
• Présence non intentionnelle d’un microorganisme
– Décontamination:
• Opération visant à réduire ou éliminer un contaminant
– Sanitaire: Réduire le niveau de contamination microbienne pour prévenir la transmission dans les établissements publics
• Les restaurants, les salles de bains, etc.
287
Facteurs qui Influencent l’Efficacité
• Charge microbienne
– Nombre de microbes
• Environnement
– Présence de matières organiques
– Concentration de l’agent
– Température
– pH
• Durée d’exposition
288
97
Facteurs qui Influencent l’Efficacité
• Caractéristiques microbiennes
– Glycocalyx
– Biofilms
– Paroi cellulaire
– Résistances
– Spores
289
Ordre de Sensibilité
Virus lipophiliques(Avec bi-couche lipidique, Virus enveloppé)
Bactéries Gram positives (cellules végétatives)
Bactéries Gram négative
Fungi
Virus hydrophiles (non enveloppé, virus nu)
Mycobactéries (Mycobacterium tuberculosis)
Spores bactériennes
290
Plus sensible
Plus résistant
Désinfectants et Antiseptiques
• Caractéristiques idéales– Spectre d’action large
– Puissant• Faible quantité requise pour une efficacité élevée
– Faible niveau de toxicité chez les humains
– Non corrosif
– Stable
– Hydrophile et hydrophobe
– Tension de surface faible
– Sans odeur ou avec une odeur agréable
291
98
Modes d’Action des Agents Chimiques
• Dénaturation des protéines et de l’ADN
• Mutagénèse de l’ADN
• Modification des protéines ou de l’ADN
• Interférence avec la membrane plasmique
• Oxydation de groupements fonctionnels
292
Types d’Agents Chimiques
• Sept catégories principales:
– Phénol et composés phénoliques
– Alcools
– Halogènes
– Agents oxydants
– Métaux lourds
– Aldéhydes
– Surfactants
293
Les Phénols et Phénoliques
• Phénol (acide carbolique)– Utilisé pour la première fois par Lister – Rarement utilisé, car c’est un irritant avec une forte odeur
• Phénoliques: Dérivés chimiques du phénol– Crésols: Lysol– Bisphénols
• Utilisé dans les centres hospitaliers
• Dénature protéines et détruit membranes• Bactéricide, fongicide, sporicide• Très toxique• Caustique• Antiseptique/désinfectant
294
99
Exemples de Phénoliques
295
O-phénylphénolThymol
TurpinéolTriclosan
Les Alcools
• Éthanol (60-95%) et isopropanol
– Efficace contre les bactéries, champignons et virus enveloppés
• Inefficace contre les spores et virus nus
– Dénature protéines et dissout les lipides
296
Les Halogènes
• Quatre membres :
– L’iode
– Chlorure
– Bromure
– Fluore
• Bactéricide, fongicide et virucide
• L’iode inactive les protéines en interagissant avec les liens disulfures
• Le chlorure, le bromure et le fluore sont des agents oxydants puissants 297
100
Agents Oxydants
• Relâchent des radicaux libres d’hydroxyl qui inhibe le métabolisme bactérien
– Très efficace contre les organismes anaérobies
• Très efficace pour les infections dans les tissus profonds
298
Agents Oxydants
• Les trois plus couramment utilisés sont:
– Le peroxyde d'hydrogène
• Antiseptique ménagé commun
– L’ozone
• Forme d’oxygène très réactive utilisée pour le traitement des eaux
– L’acide peracétique
• Peroxyde d'acide acétique– Sporicide extrêmement efficace
Utilisé pour stériliser les surfaces et le matériel médical
299
Métaux Lourds- Hg, Ag, Zn, Cu
• Interagissent avec les protéines causant leurs dénaturation et inactivation– Mercure
• Le mercure et l'argent étaient autrefois utilisés dans des situations cliniques
– Le mercure a été abandonné– L'argent est encore utilisé pour les pansements chirurgicaux
– Zinc• Utilisé dans les rince-bouche• Utilisé comme antifongique dans les peintures
– Cuivre• Algicide; utilisé dans les piscines
300
101
Les Aldéhydes
• Composés avec un groupement terminal –CHO
– Dénature les protéines et inactive les acides nucléiques
• Deux aldéhydes très réactifs sont utilisés comme antimicrobiens
– Glutaraldéhyde et formaldéhyde
• Bactéricide, sporicide, fongicide et virucide
301
Les Surfactants
• Savons– Sels de sodium ou de potassium d'acides gras
– Efficace pour l'élimination des microbes d'une surface par des moyens mécaniques
– Inefficace comme antimicrobien
302
Les Surfactants
• Détergents– Composés organiques chargés positivement
– Ex. Composés d'ammonium quaternaire
– Dissout les membranes lipidiques
– Bactéricide, fongicide, et virucide contre les virus enveloppés
– Inefficaces contre les spores et virus nus
303
102
Évaluation de l’Efficacité d’un Désinfectant
• Test de suspension quantitatif
– Des comptes viables sont faits sur un microbe test exposé à un agent chimique
– Le nombre de survivants (B) et compté puis comparé au compte original de l’inoculum (A)
• Effet Microbicide (EM) = Log (A) - Log (B)
• EM = 1 → Mortalité de 90% du nombre initial
• EM = 2 → Mortalité de 99%
– L’exigence généralement acceptée est:
• EM ≥ 5 →99.999% des microbes sont tués
304
• Test du coefficient du phénol
– La puissance d’un désinfectant est comparée à celle du phénol
– La dilution la plus élevée qui tue les bactéries après une exposition de 10 minutes est utilisée pour calculer le coefficient du phénol
– Le plus élevé est le coefficient du phénol le plus efficace est le désinfectant
305
Évaluation de l’Efficacité d’un Désinfectant
Évaluation de l’Efficacité d’un Désinfectant
• Test du coefficient du phénol (Suite)
– Le facteur de dilution du désinfectant testé est divisé par celui du phénol pour obtenir le coefficient
• Ex.: Dilution du phénol = 1/90 et la dilution maximale effective pour le désinfectant X = 1/450
– Coefficient du phénol = (450) ÷ (90) = 5
– L’agent X est donc 5X plus efficace que le phénol
306
103
Contrôle de la Croissance Microbienne
Méthodes Physiques: Stérilisation
307
Définition
• Stérilisation– Tuer ou retirer toutes les formes de vie
microbienne (y compris les endospores) • La méthode la plus couramment utilisée pour la
stérilisation est l’utilisation de la chaleur
• Stérilisation commerciale– Traitement thermique qui tue les endospores de
Clostridium botulinum, l'agent causal du botulisme, dans les aliments en conserve
• Ne tue pas les endospores des bactéries thermophiles qui ne sont pas pathogènes
308
Modes de Stérilisations à la Chaleur
• Chaleur humide
– Tue les microbes par la dénaturation des protéines
• Ébullition (100oC)
• Pasteurisation (65 - 140oC)
• Autoclave (121oC)
• Chaleur sèche
– Tue par oxydation
• Four Pasteur (121 - 250oC)
• Incinération (870 - 1200oC)
309
104
Ébullition
• 10 minutes à 100oC au niveau de la mer
– Tue les formes végétatives de bactéries pathogènes
– Tue la majorité des virus et les spores des champignons
– Endospores et certains virus ne sont pas détruits
• Virus de l'hépatite: Peut survivre jusqu'à 30 minutes
• Endospores: Peuvent survivre jusqu'à 20 heures ou plus
310
Pasteurisation
• Utilisée pour les boissons
• Tue les agents pathogènes sans altérer la saveur de la nourriture
– Ne stérilise pas
– Pasteurisation classique
• 63oC pendant 30 secondes
– Pasteurisation HTST
• 72oC pendant 15 secondes
– Pasteurisation UHT
• 140oC pendant 3 sec. sous vide311
Autoclave
• Utilise de la chaleur humide sous pression
• Température de 121oC à deux fois la pression atmosphérique
• Tous les organismes et les endospores sont tués en 15 minutes
312
105
Stérilisation à la Chaleur Sèche
• Four Pasteur – Température 121 à 250oC
– Temps d’expositions longues (2-12 heures)
– Pas recommandé pour composés chimiques
– Peut être utilisé pour certains verres et métaux
• Incinération– 870 à 1200oC
– Brûle et détruit physiquement
– Utilisée pour les aiguilles, le verre, les cadavres, etc.
313
Stérilisation par Rayonnement
• 3 types de rayonnement tuent les microbes
1. Rayonnements ionisants
• Rayons gamma et rayons X– Provoquent des mutations dans l'ADN
– Utilisés pour stériliser les produits pharmaceutiques et fournitures médicales jetables
2. La lumière ultraviolette
• Endommage l'ADN et provoque des mutations
• Utilisé pour stériliser les surfaces– Ex. Salles d'opération
314
Stérilisation par Rayonnement
3. Rayonnements micro-ondes:
• Causent le réchauffement des molécules d'eau– Peuvent tuer les cellules végétatives dans les aliments humides
– Endospores, qui ne contiennent pas d'eau, ne sont pas endommagées
– Inefficaces sur les aliments solides
» Pénétration inégale
315
106
Filtration
• Principe d’exclusion à l’aide de filtres
– Élimination des microbes par le passage d'un liquide ou d’un gaz à travers un filtre dont la taille des pores empêche le passage…
• Bactéries : pores de 0.22 et 0.45µm– Ne retient pas les mycoplasmes et les virus
• Virus : pores de 0.01µm
316
Filtration
• Utilisée pour stériliser les matériels thermosensibles
– Vaccins, enzymes, antibiotiques, et certains milieux de culture
– Filtre haute efficacité pour les particules de l'air (HEPA)
• Utilisé dans les salles d'opération pour éliminer les bactéries de l'air
317
Paramètres de la Mortalité
• Durée thermique de mortalité (DTM)
– Durée de temps requise pour tuer toutes les bactéries à une température donnée
• Temps de réduction décimale (TRD – valeur D)
– La durée de temps requise pour tuer 90% d’une population microbienne
318
107
Paramètres de la Mortalité
• Constante du taux de mortalité (k)
– Valeur négative qui indique le taux de diminution de viabilité
• Valeur Z
– Changement de température requis pour changer (réduire ou augmenter) le temps de réduction décimal (Valeur D) par 90% ou un log
319
Profil de Mortalité Thermique
• La mort est exponentielle
– N’est donc pas possible d’atteindre zéro
320
0
50000
100000
150000
0 5 10 15 20
No
mb
re d
e ce
llule
s
Temps (Min.)
Profil Arithmétique
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 5 10 15 20
No
mb
re d
e ce
llule
s
Temps (Min.)
Profil Logarithmique
Normes de la Stérilité
• DTM: < 1 cellule/mL
• Stérilité en laboratoire: 10-6 cellules ou spores/mL
• Stérilité alimentaire: 10-12 cellules ou spores/mL
321
108
Paramètres de Mortalité
• Temps de réduction décimale (D)
– Temps requis pour obtenir une réduction d’un log ou un facteur d’inactivation (No/N) de 10
– Formule: Log (No/N) = t/D
• t: durée de temps
• N: nombre de cellules qui ont survécu
• No: nombre de cellules initiales– No/N: Facteur d’inactivation
322
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 5 10 15 20
No
mb
re d
e ce
llule
s
Temps (Min.)
Profil Logarithmique
323
Déterminer D à partir d’un Graphique
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
No
mb
red
e ce
llule
s
Temps (Min.)
Tracé logarithmique
Problème
• Un traitement à 100oC pour 60 min. permet de réduire une population bactérienne de 108
à 102 cellules/mL
– Quel est le facteur d’inactivation accompli?
– La population a été réduite par combiens de log?
– Quelle est la valeur D à 100oC?
– Combien de temps serait requis pour stériliser à 100oC la culture initiale?
– Quel est le DTM à 100oC de la culture initial
324
109
Problème (Suite)
• Facteur d’inactivation:
– No/N = 108/102 = 106
• Réduction par combiens de log?
– Réduction de 106 = 6 log
• Valeur D à 100oC?
– Réduction de 6 logs = 6D en 60 minutes
– Donc D100 = 60/6 = 10min.
• Stérilisation à 100oC la culture initiale?
– Doit réduire à 10-6
325
Problème (Suite)
• Stérilisation à 100oC la culture initiale?– Doit réduire à 10-6
– Facteur d’inactivation : 108/10-6 = 1014
– Réduction de 14 log ou 14D100
– Temps requis: 14 X 10 min. = 140 min.
• DTM à 100oC la culture initiale?– Doit réduire à 1 cellule
– Facteur d’inactivation : 108/100 = 108
– Réduction de 8 log ou 8D100
– Temps requis: 8 X 10 min. = 80 min.326
Constante du Taux de Mortalité (k)
• Taux de mortalité
– Pente négative
• Formule: -kt = ln (No/N)
– T: durée de temps
– N: nombre de cellules qui ont survécu
– No: nombre de cellules initiales
• No/N: Facteur d’inactivation
327
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 5 10 15 20
No
mb
re d
e ce
llule
s
Temps (Min.)
Profil Logarithmique
110
Problème
• Un bouillon d’une culture mixte contient 2 X 108 cellules/mL d’une bactérie « A » et 6 X 1010 cellules/mL d’une bactérie « B ». Les bactéries « A et B » ont des valeurs D112 de 2 et 1.5 min. respectivement.
– Quels seraient les nombres des bactéries « A et B » après une exposition à 112oC de 10 min.?
– Quelle est la valeur D112 de la culture mixte?
– Quelle est la valeur k de la culture mixte?
328
Problème
• Nombres des bactéries « A et B »
– D112 de « A » = 2 min.
– Durée d’exposition 10 min., donc 5D; réduction de 5 logs = 2 X 103 cellules
– D112 de « B » = 1.5 min.
– Durée d’exposition 10 min., donc 6.7D; réduction de 6.7 logs = 6 X 103.3 cellules
329
Problème
• Quelle est la valeur D112 de la culture mixte?
– Log (No/N) = -t/D
– Log ((2 X 108 + 6 X 1010)/(2 X 103 + 6 X 103.3))
– Log (6.02 X 1010/1.4 X 104) = Log (4.3 X 106) = 6.6
– 6.6 = -t/D; -6.6 = 10min./D; D112 = 1.5 min.
• Quelle est la valeur k de la culture mixte?
– -kt = ln (No/N)
– D112 = 1.5 min. pour un facteur d’inactivation de 10
– Donc –k(1.5 min.) = Ln10, K = 1.5 cellules/min.330
111
Résistance Relative des Microorganismes
• Valeur Z
– Changement de température requis pour changer la valeur D d’un log
– Changement de température requis pour changer la valeur D d’un facteur 10
– Formule: │ Z │ = (T1-T2)/(logD2-logD1)
• T: Température
• D: Temps de réduction décimal
331
Déterminer Z à partir d’un Graphique
332
Relation entre D et Z
• Si Z =10oC
– Chaque changement de température d’un incrément de 10oC change la valeur D par un log
– Donc si D à 110oC = 10 minutes
• À 120oC serait = 1 minute
• À 130oC serait = 0.1 minute
• À 140oC serait = 0.01 minute
– Quelle serait la valeur D à 80oC?
333
112
Problème
• La valeur Z d’un organisme est de 2oC. Si 18 min. sont requises à 75oC pour réduire la population de 109 à 106; à quelle température est-ce que cet organisme devrait être assujetti pour arriver au même résultat en 10.8 secondes?
334
• 18 minutes = 1080 secondes– Donc pour passer de 1080 à 10.8= 2 log
– 2 log = 2Z = 4oC – Puisqu’on veut réduire le temps, on doit
augmenter la température de 4oC– Donc 75 + 4 =79oC
Règles des Log
• Log A + Log B = Log (AB)
• Log A – Log B = Log (A/B)
• Log Ab = bLogA
• Log (10a) = a
• 90% de A = Réduction d’un Log de A
• 99% de A = Réduction de deux Log de A
• 99.9% de A = Réduction de trois Log de A, etc.
335
Contrôle de la Croissance Microbienne
In Vivo: l’Antibiothérapie
336
113
Les Drogues Antimicrobiennes
• Antibiotique ou Antibactérien
– Contre les bactéries
• Antifongique
– Contre les champignons
• Antiviraux
– Contre les virus
337
Les Drogues: Les Antibiotiques
• Définitions:
– Littérale: Anti (contre) biotique (la vie )
– Ancienne déf.: Tout composé fabriqué par un microorganisme qui inhibe ou tue les bactéries
– Nouvelle déf.: Tout composé qui inhibe ou tue les bactéries
• Naturel
• Synthétique
• Semi-synthétique
338
Caractéristiques Désirées
• Toxicité sélective élevée
– Doit tuer ou inhiber l’organisme ciblé avec un minimum d’effets dérisoires sur l’hôte
• Pénicilline: (Toxicité sélective élevée)– Cible la paroi cellulaire
• Cyanure: (Toxicité sélective faible)– Cible transport d’e- des eucaryotes/procaryotes
339
114
Caractéristiques Désirées (suite)
• Dose toxique ou létale élevée (DL50)
– Concentration qui est toxique pour l’hôte
• Pénicilline: (3 000 mg/Kg)
• Arsenic: (15 mg/Kg)
340
• Dose thérapeutique faible
– Concentration nécessaire pour le traitement clinique d’une infection
• Pénicilline : 12.5 mg/Kg
• Ail : 300 mg/Kg
L’Indice Thérapeutique
• Dose toxique/Dose thérapeutique
– Désire un indice thérapeutique?
Élevée
341
Spectres d’Actions
• Étroit:
– Efficacité restreinte à certains types de microorganismes
• Ex. Agit seulement contre les Gram -
• Large:
– Efficace contre une grande diversité de microorganismes
• Ex. Agit sur les Gram + et -
342
115
Cibles des Antibactériens
343
Traduction
Transcription
A B Métabolisme
Les sulfamides
Synthèse des protéinesLes aminoglycosidesLes macrolidesLes tétracyclinesLe chloramphénicol
Synthèse d’ARNLes macrolides
Synthèse d’ADNLes quinolones
Membrane plasmiqueLes polymixines
Synthèse de la paroiLes ß-lactaminesBacitracineVancomycine
Modes d’Action
344
• Bactéricide
– Tue
– Irréversible
• Bactériolytique
– Tue
– Lyse cellulaire
– Irréversible
Temps
Compte direct
Compte viable
#
• Bactériostatique
– Inhibe croissance
– Non létal
– Réversible
Les Bêta-Lactamines
• Classe d’antibiotiques qui possèdent un anneau de bêta-lacatmine
• Bactériolytiques
• Inhibent la synthèse de la paroi cellulaire
• Inhibe la transpetidation
– Agissent seulement sur bactéries en croissance! 345
116
Les Bêta-Lactamines
346
Pénicillines
Carbapénèmes
Céphalosporines
Monobactames
Les Pénicillines & Céphalosporines
• Pénicilline naturelle – pénicilline G– Spectre étroit; efficace seulement contre les Gram
positifs
• Aminopénicilline – ampicilline et amoxicilline– Spectre large; efficace contre Gram positif et négatif
• Céphalosporines – Ex. Cefepime & Ceftazidime
– Développées pour avoir un spectre d’action plus large que les pénicillines
347
Les Monobactames & Carbapenems
• Monobactames
– Spectre très étroit; inutile contre les Gram positifs et les anaérobies
• Carbapénemes – dernière génération des bêta-lactamines
– Spectre très large
– Efficace contre Gram positifs, négatifs, anaérobies et aérobies
348
117
Effets Adverses des Bêta-Lactamines
• Allergies sévères chez 10% de la population
• Troubles gastro-intestinaux
– Vomissement, nausée, diarrhée
• Troubles immuns
– Immunodépression
• Troubles neurologiques (carbapenem)
– Irritabilité, confusion, crises
349
Les Quinolones
• Bactéricides– Inhibent la synthèse de l’ADN
– Spectre large
– Effets secondaires:• Troubles sévères gastro-intestinaux
– Ex. Ciprofloxacin
350
Les Tétracyclines
• Bactériostatique
– Inhibe synthèse protéique
– Spectre large
– Effets secondaires:
• Toxicité hépatique
• Toxicité rénale
• Déficience vitaminique
351
118
Les Macrolides
• Bactériostatiques
– Inhibent synthèse protéique
– Spectre étroit
– Effets secondaires
• Diarrhée
• Dommages hépatiques
– Ex. Érythromycine & Clarithromycine
352
Les Aminoglycosides
• Bactéricides
– Spectre étroit
– Inhibent synthèse protéique
– Haut niveau de toxicité
– Effets secondaires:
• Allergies
• Dommages rénaux
• Surdité
• Ex. Gentamycine, streptomycine
353
Chloramphénicol
• Bactéricide
– Spectre étroit
– Inhibent synthèse protéique
– Effets secondaires:
• Seulement utilisés en cas extrêmes
• Toxicité hématologique
354
119
• Structure à base d’acides aminés polycycliques
• Agissent sur la paroi
• Utilisés en dernier recours ou topiquement
– Vancomycine
– Bacitracine
– Polymixine B
355
Antibiotiques Peptidiques
Vancomycine et Bacitracine
• Inhibent l’ajout des unités de peptidoglycanes durant la synthèse de la paroi
• Agissent principalement contre Gram positifs
• Très toxique
356Vancomycine Bacitracine
La Polymixine B
• Perturbe la membrane plasmique
– Se lie au lipide A et phospholipides
– Efficace seulement contre Gram négatifs
• Usage topique seulement
– Cause la lyse des cellules eucaryotes
357
120
Antifongiques Topiques
• Dérivés d’imidalzole:
– Miconazole, Clotrimazole, Cétoconazole
• Cible et modes d’action:
– Extraction des stérols de la membrane plasmique
– Inhibe la synthèse de la membrane plasmique
– Indice thérapeutique faible
358
Antifongiques Systémiques
• Cibles et modes d’action:
– Réplication d’ADN
– Division cellulaire
– Indice thérapeutique très faible
– Utilisés en cas extrêmes seulement
359
• Inhibe formation des fuseaux mitotiques des microtubules
• Analogue nucléotidique: Inhibe synthèse d’ADN
Thérapies Antimicrobiennes
• Empirique
– L’organisme infectieux est inconnu
– Antibiotique à spectre large préconisé
• Définitive
– L’organisme infectieux a été identifié
– Une thérapie spécifique est choisie
– Antibiotique à spectre étroit préconisé
• Prophylactique ou préventive
– Prévenir une infection initiale ou la réinfection360
121
Le Choix d’Antibiothérapie
• Déterminer le lieu de l’infection
• Prélèvement et isolation du pathogène
• Déterminer la susceptibilité
• Choix de la voie d’administration
– Orale
– Intraveineuse
– Topique
361
Le Site d’Infection
• Facteur le plus important pour le choix de l’antimicrobien approprié!
– Permet de déterminer l’organisme infectieux probable
• Particulièrement utile pour le traitement empirique
– Permet de déterminer la dose et la voie d’administration
• L’efficacité de la thérapie dépend de la concentration de l’antibiotique au site d’infection et de sa relation au CMI
– La concentration au site doit être plus élevée que le CMI362
La Susceptibilité: Essai de Kirby-Bauer
• Gélose inoculée avec la bactérie test• Disques imprégnés d’antibiotiques sont placés sur
la gélose• Un gradient de concentrations
est créé par la diffusion de l’antibiotique dans le milieu
• Suite à l’incubation, les zones d’inhibitions sont mesurées
• Les tailles des zones sont comparées à celles établies pour déterminer si l’organisme est susceptible ou résistant
363
122
E-test
• Même principe que l’essai de Kirby-Bauer
• Utilise une bande de plastique avec un gradient prédéfini d’antibiotique
• Lecture des résultats est faite directement sur la bande
– Point d’intersection de la zone d’inhibition avec la bande
E Zone d’inhibition
Croissance bactérienne
364
E-test
365
Déterminer l’Efficacité
• Concentration Minimale Inhibitrice
366
Culture avec différentes concentrations d’antibiotique
100 50 25 12 6 3 0
• Concentration Minimale Bactéricide
Sous culture sans antibiotique
CMI=12μg/ml
CMB=50μg/ml
123
Diamètres d’Inhibitions Vs Conc.
367
27mm = au CMI
< 27mm = Conc. > CMI
> 27mm = Conc. < CMI
Pharmacodynamique des Antibiotiques
• Comportement des antibiotiques in vivo
– Interaction des antibiotiques avec les bactéries
• L’antibiotique doit atteindre le site où le microbe réside
• La concentration de l’antibiotique au site de l’infection doit être au-dessus du CMI
• L’antibiotique doit occuper un nombre suffisant de sites sur la cible
• L’antibiotique doit demeurer en contact avec la cible pour une durée suffisante
368
Concentration des Antibiotiques In Vivo
• Cmax: Concentration maximale atteinte pour une dose donnée
• Cmin: Concentration minimale atteinte entre les doses
• t: Durée de temps pendant laquelle la concentration est maintenue au-dessus du CMI
369
Dose 1
Dose 2 Dose 3Cmin
Cmax
CMIt
Temps
Co
nce
ntr
atio
n
Creux
124
La Susceptibilité In Vivo
• Pathogène sensible
– CMI est plus bas que Cmin
• Pathogène résistant
– CMI est plus élevé que Cmax
• Pathogène de sensibilité intermédiaire
– CMI se situe entre Cmin et Cmax
• Combinaison d’antibiotiques recommandée
370
Exemple
• Conc. in vivo d’antibiotique “A”
– Cmin: 5 µg/ml
– Cmax: 40 µg/ml
• Donc:– CMI ˂ 5 µg/ml = Microorganisme sensible
– CMI ˃ 40µg/ml = Microorganisme résistant
– CMI entre 5 -40 µg/ml = microorganisme de susceptibilité intermédiaire
371
Mode d’Action des Antibiotiques In Vivo
• Activité indépendante de la concentration
– Activité dépendante du temps
– L’effet est une fonction de la durée de temps que la cible est en contact avec l’antibiotique à une concentration au-dessus du CMI
• L’efficacité est évaluée par t ˃ CMI
– L’efficacité demeure la même à toutes les concentrations au-dessus du CMI
• Typiques des ß-lactamines, vancomycine, macrolides, et tétracyclines
372
125
Mode d’Action des Antibiotiques In Vivo
• Activité dépendante de la concentration
– Activité indépendante du temps
– L’effet est une fonction de la quantité d’antibiotique qui est en contact avec la cible
• L’efficacité est évaluée par le rapport : Cmax/CMI
– L’efficacité n’est pas influencée par la durée d’exposition
• Typiques des quinolones et aminoglycosides
373
Lacunes de l’Antibiothérapie
• Tue la flore naturelle de l’hôte
• Inefficace contre les toxines bactériennes
– Ex. choléra, diphtérie, botulisme, tétanos
• Crée une pression sélective pour des souches résistantes aux antibiotiques
• Favorise les infections opportunistes
– Ex. Diarrhée associée à Clostridium difficile (DACD)
374
•375
La Résistance aux Antibiotiques
375
126
Conséquences de l’Antibiothérapie
• Traitement d’un organisme envahisseur– Une vie est sauvée
• Établissement d’une pression sélective– Si le microorganisme envahisseur ne développe
pas une résistance, il meurt
– 1945- A. Fleming averti que l’utilisation inappropriée de la pénicilline mènera à la sélection de bactéries résistantes
• Quelques années plus tard les premières souches résistantes apparaissent
376
Le Nombre de Bactéries Résistantes Augmente à une Vitesse Alarmante
• À quoi s’attribue ce surcroît?
– 1990: 300 tonnes métriques d’antibiotiques utilisées chez les humains
– Approx. 30X plus en agriculture
– 70% sont utilisés de façon inappropriée
• Doses trop faibles
• Périodes trop courtes
• Prescrit pour des infections virales
• Prescrit pour des infections bactériennes qui se seraient guéries d’elles-mêmes
377
Raisons pour la Consommation Élevée
• Le patient– Désire un traitement rapide
– Publicité
• Le médecin– Désire de satisfaire le patient
– Éviter poursuite judiciaire
– Coût• L’antibiothérapie est moins chère que d’autres tests et
traitements
• Industrie– Publicité et pression des compagnies pharmaceutiques
378
127
Résistances Naturelles ou Innées
• La résistance n’est pas acquise; trait naturel– Les Streptomycètes sont résistants à l’antibiotique
qu’ils produisent
– Bactéries Gram négatives: Couche LPS agit comme une barrière de perméabilité
– Certaines bactéries ne possèdent pas la cible de l’antibiotique
• Mycoplasmes – pas de paroi cellulaire; donc résistante aux pénicillines et céphalosporines
• Mycobactéries – pas de peptidoglycane; donc résistantes aux pénicillines et céphalosporines
379
Résistance Acquise
• Les microorganismes acquièrent une résistance à un ou plusieurs antibiotiques
– Lors de l’administration à un antibiotique donné ou à un antibiotique avec des propriétés semblables
• Principalement durant la période du creux sous le CMI
– Suite à la rencontre avec un microorganisme qui a acquis une résistance
• Transfert de résistance
380
Comment les Résistances sont-elles Acquises?
• Les microorganismes acquièrent normalement des mutations aléatoires et spontanées
• La présence d’antibiotiques exerce une pression sélective
– La présence de l’antibiotique crée une sélection pour les microorganismes qui ont acquis par hasard une mutation favorable
381
128
Résistance Acquise Spontanément
382
En absence d’antibiotique
Bactérie acquiert mutation qui confère une résistance
3 générations plus tard
Bactéries résistantes sont prédominantes
En présence d’antibiotique
Bactérie sensibles meurent
Mécanismes de Résistances
• Imperméabilité:– Nombre réduit de porines– Création de biofilmes
• Inactivation:– Protéines qui lient et inactivent l’antibiotique
• Transport:– Pompe l’antibiotique à l’extérieur
• La concentration interne est plus faible que le CMI
• Dégradation de l’antibiotique• Modification de la cible
– L’antibiotique ne peut plus se lier à la cible
383
Transfère des Résistances
• Échange de gènes/mutations entre différentes souches ou espèces
– Aucune pression sélective nécessaire
384
129
Mécanismes de Transfert - Transduction
385
• Libération de phage
• Réplication d’ADN viral et fragmentation d’ADN bactérien
• Assemblage et empaquetage d’ADN
• Infection de bactérie réceptrice
• Intégration au génome
• Infection virale de bactérie donneuse
•N’importe quel gène peut être transféré
Mécanismes de Transfert - Transformation
386
• Mort et lyse de bactérie donneuse
• Fragmentation d’ADN
• Prise d’ADN par bactérie réceptrice
• Recombinaison
• Échange d’ADN
• Multiplication
• N’importe quel gène peut être transféré
Mécanismes de Transfert- Conjugaison
387
• Transfert d’ADN
• Accouplement avec bactérie réceptrice
• Recombinaison
• Multiplication
• Bactérie donneuse avec pilus
• N’importe quel gène peut être transféré
130
Contrer les Résistances Acquises
• Éducation
• Utilisations plus efficacement contrôlées
• Éliminer l’administration prophylactique chez le bétail
• Réduire l’utilisation dans les produits ménagés
• Réduire l’utilisation prophylactique
• Découvertes et synthèses de nouveaux antibiotiques
• Utiliser des combinaisons d’antibiotiques
388
Combinaisons d’Antibiotiques
• Administration de deux antibiotiques simultanément
– Réduire la probabilité d’acquérir une résistance
– Utiliser des antibiotiques pour lesquels le microorganisme a une résistance intermédiaire
– Traitement d’une infection qui implique des microorganismes multiples
389
Résultat de la Thérapie de Combinaison
• Effet additif (indifférent) :
– L’activité d’une combinaison de deux antibiotiques est égale à la somme des activités individuelles
• Effet synergique:
– L’activité d’une combinaison de deux antibiotiques est plus élevée que la somme des activités individuelles
• Effet antagoniste:
– L’activité d’une combinaison de deux antibiotiques est moins que la somme des activités individuelles
390
131
Alternatives à l’antibiothérapie
Probiotiques et la phagothérapie
391
Probiotiques
• Pour (Pro) la vie (biotique)
• Suppléments alimentaires microbiens vivants qui ont des effets bénéfiques sur l'hôte en améliorant son équilibre microbien intestinal
392
Caractéristiques de Probiotiques Efficaces
• Survivre au passage à travers l'appareil digestif
• Adhésion et colonisation de l'épithélium intestinal
• Capable d'utiliser les nutriments dans un régime alimentaire normal
• Non pathogène et non toxique
• Exercer un effet bénéfique sur l'hôte
• Anti-inflammatoire, antimutagène, immunostimulant
393
132
Probiotique: Modes d’Actions
• Stimulation du système immun
– Augmente la production d’anticorps des muqueuses
• Compétition pour les nutriments et sites d'adhésion
• Produit des facteurs antimicrobiens
– Ex. bactériocines
• Fournit un environnement favorable à la croissance de bactéries bénéfiques
394
Probiotiques: Utilisations Suggérées
• Principalement utilisé pour des désordres du système digestif
– Diarrhée infectieuse
– Diarrhées dus à l’antibiothérapie
– Syndrome de l'intestin irritable (SII)
– Constipation
– Ulcères dus à des infections par H. pylori
395
Aliments Probiotiques
396
133
Phagothérapie
• Utilisation de bactériophages pour traiter des infections bactériennes
– Bactériophages: Virus qui infectent seulement les bactéries et sont spécifiques à une seule souche bactérienne
• Les ennemis naturels des bactéries
397
Bactériophages Vs les Antibiotiques
398
Bactériophage Antibiotique
Très spécifique; spectre très étroit
Cible la flore naturelle et les pathogènes
Aucun effets secondaires rapportés
Effets secondaires et infections secondaires
Indice thérapeutique très élevé
Indice thérapeutique peut être faible
Réplication au site d’infection Distribution dans tous le corps
Une seule dose requise Plusieurs doses requises
Désavantages de la Phagothérapie
• Immunogénicité: l’hôte développe des anticorps contre les bactériophages
• Dû à la spécificité élevée, le pathogène doitêtre identifié avant la thérapie
• Ne peut pas être utilisé pour des infectionsintracellulaires
399
134
•400
Virologie
400
Caractéristiques des Virus
• Parasite obligatoire
• Incapable de se multiplier de façon indépendante
• Génome ADN ou ARN
• Absence d’ADN et d’ARN ensemble dans le même virion
• Génomes englobés d’une coque protéique
401
Anatomie du Virion – Virus Nus
402
Capsomère GénomeADN ou ARN
SpiculeRécepteur viral
CapsideNucléocapside
135
Anatomie du Virion – Virus Enveloppé
403
CapsomèreNucléocapside
Capside
EnveloppeSpiculesProtéines de la
matrice
Génome
La Capside
• Coque protéique qui englobe le génome
• Protège le génome des conditions physiques, chimiques et enzymatiques
• Possède des protéines réceptrices (spicule) qui permettent la reconnaissance et l’attachement à la cellule hôte
• Chez certains virus, la capside est enveloppée d’une bicouche lipidique– Possède des enzymes ou récepteurs (spicules)
nécessaires à l’attachement et à la pénétration
404
Génomes
• ADN Monocaténaire (simple brin)
• ADN Bicaténaire (double brin)
• ARN Monocaténaire
• ARN Bicaténaire
• Une ou plusieurs molécules (segmenté)
• Haploïde ou diploïde
• Circulaires ou linéaires
405
136
Classification des Virus
• Groupes
– I. (ADN bc)
– II. (ADN mc )
– III. (ARN bc )
– IV. (ARN mc +)
– V. (ARN mc - )
– VI. (ARN ; retrovirus - trans. inv.)
406
Taxonomie Virale
• Nom de la famille se termine en -viridae
• Nom du genre se termine en -virus
• Espèce virale: groupe de virus qui partagent de l’information génétique et une niche écologique (hôte) semblable
– Noms communs sont utilisés
• Sous espèces sont indiquées par un chiffre
407
Exemple de Taxonomie Virale: Herpesvirus
• Classification:
– Herpesviridae (Famille)
– Herpesvirus (Genre)
– Herpes simplex type 1 / type 2 (Espèce)
• Structure:
– non-seg., lin., ADN db , hélicoïde, env.
408
137
Groupes d’après la Route de Transmission
• N’est pas une classification taxonomique
– Plus d’une famille peut-être incluse dans un groupe de transmission
409
Groupe Virale Route de Transmission
Entérique Oro-fécale
Respiratoire Respiratoire
Zoonotique D’animaux aux humains
Transmis sexuellement Contact sexuelle
Cycle de Multiplication Virale - Étapes
• Attachement -Tropisme
• Pénétration
• Dénudation + Décapsidation
• Réplication du génome
• Transcription <-> Traduction
– Synthèses d’ARNm et des protéines
• Assemblage
• Relâchement
410
411
Récepteur viral
Récepteurcellulaire
Attachement
Décapsidation
Réplication
Synthèse protéique
Encapsidation
138
Attachement et Pénétration
412
• Virus Nus – Bactérien (Bactériophages)
– Attachement au récepteur
• Récepteur détermine le tropisme
– Injection du génome
Intérieur
Attachement et Pénétration
• Virus Nus - Eucaryote
– Attachement au récepteur
– Endocytose du virus nu
– Décapsidation
– Libération du génome
413
Attachement et Pénétration
• Virus Enveloppé
– Attachement au récepteur
– Endocytose du virus env.
– Dénudation
– Décapsidation
– Libération du génome
414
139
Attachement et Pénétration
• Virus Enveloppé
– Attachement au récepteur
– Fusion de l’enveloppe
– Pénétration de la nucléocapside
– Décapsidation
– Libération du génome
415
Réplication du Génome
• Générer des copies du génome original
– ADN ou ARN double brin = 2 brins; 1+ et 1-
• Chaque brin sert de matrice pour la fabrication du brin opposé
– ADN ou ARN simple brin = 1 brin; + ou –
• La synthèse d’une copie conforme à l’original requiert la synthèse du brin de polarité opposée!!
– + - + ou - + -
– + + ou - -
416
Enzymes de la Réplication
• Polymérases d’acides nucléiques
– Pol. ADN ADN dépendante: ADN → ADN
– Pol. ADN ARN dépendante: ARN → ADN
– Pol. ARN ARN dépendante: ARN → ARN
– Pol. ARN ADN dépendante: ADN → ARN
417
140
Réplication des Génomes ADN
• Petits virus à ADN (ex. parvovirus):
– Enzymes de la cellule hôte font la réplication, la transcription et la traduction
– L’ADN viral doit être répliqué dans le noyau
– La réplication virale nécessite des cellules en phase de croissance active
– Les fonctions de l’hôte ne sont pas inhibées
418
Réplication des Génomes ADN (Suite)
• Grands virus à ADN (ex. Herpesvirus)
– Enzymes de l’hôte sont utilisée pour transcrire les gènes nécessaires à la réplication de l’ADN viral
• Polymérases virales d’ADN ADN dépendante
– Réplication virale se fait dans le noyau
– Requièrent des cellules en phase de croissance
– Inhibent la synthèse de l’ADN de l’hôte
419
Réplication des Génomes ADN (Suite)
• Très grands virus à ADN (ex. Poxvirus)
– Nucléocapside contient polymérases
• ADN ADN dépendante et ARN ADN dépendante
– Génome viral est répliqué dans le cytoplasme
– Ne requièrent pas des cellules en phase de croissance
420
141
Réplication des Génomes ARN SB
Chaîne positive ou négative
• Chaîne positive:
– Séquence conforme à l’ARNm
– Peut être traduit en protéines
• Chaîne négative:
– Séquence complémentaire à l’ARNm
– Ne peut pas être traduit
421
Réplication des Génomes ARN Pos.
422
Traduction par la machinerie cellulaire
Polymérase ARN ARN dépendante(PRRd)
ARN + (ARNm)ARN virale
Génomique
ARN – (Matrice)
Transcription
par PRRd
ARN + (Génome ou ARNm)
Transcription
par PRRd
Réplication de Génomes ARN Nég.
423
ARN- (Matrice)ARN viraleGénomique
PRRd (Présente dans le virion)
ARN+
Transcription
ARN- (Génome)
PRRdTranscription
142
Réplication des Génomes Rétrovirales – ARN Pos.
424
ADN +
Transcriptase InversePolymérase ADN ADN dépendante (PDDd)
ARNv (+)ARN viraleGénomique
ADNc-
Transcriptase InversePolymérase ADN ARN dépendante (PDRd)(Présente dans le virion)
Transcription inverse
ADN +/-Bicaténaire
Transcription cellulaire
Polymérase ARN ADN dépendante cellulaire
ARNv (+)Génome
Transcription <-> Traduction
• Transcription
– Générer les ARNm viraux
• Petits et grands virus ADN – Procédé cellulaire– Polymérase ARN ADN dép. cellulaire
– Brin nég. d’ADN transcrit en ARNm (pos.)
• Très grands virus ADN – Procédé viral– Polymérase ARN ADN dép. virale
– Brin nég. d’ADN transcrit en ARNm (pos.)
425
Transcription <-> Traduction (Suite)
• Virus ARN (double brin)– Polymérase ARN ARN dép. virale
– Brin nég. d’ARN transcrit en ARNm (pos.)
• Virus ARN (Simple brin pos.)– Polymérase ARN ARN dép. virale
– Brin pos. transcrit en ARN neg. (matrice)
– Brin d’ARN nég. transcrit en ARN pos. (ARNm)
• Virus ARN (Simple brin nég.)– Polymérase ARN ARN dép. virale
– Brin d’ARN nég. transcrit en ARN pos. (ARNm)
426
143
Transcription <-> Traduction (Suite)
• Traduction
– Toujours faite par la machinerie cellulaire
• Synthèse des protéines virales– Capside, polymérases, etc.
427
428
Récepteur viral
Récepteurcellulaire
Attachement
Décapsidation
Réplication
Synthèse protéique
Encapsidation
Profil d’un Cycle Infectieux Unique
429
Éclipse
Temps
No
de
viru
s
Infection
Latence
Relâchement
Ren
dem
ent cellu
laire
144
Cycle de Multiplication Virale - Étapes
• Attachement
• Pénétration
• Dénudation + Décapsidation
• Réplication du génome
• Transcription <-> Traduction
• Assemblage
• Relâchement
430
Éclipse Latence
Paramètres de la Croissance Virale
• Multiplicité d’infection (M.I.):
– Nbre de virus infectieux disponibles pour unecellule
• Nbre de virus infectieux/Nbre de cellules non infectées
• Rendement cellulaire:
– Nbre de virus généré par une cellule infectée suite à un cycle infectieux complet
• Nbre de virus /Nbre de cellules infectées
431
Multiplicité d’Infection
Nombre de cellules = 6
Nombre de virus = 4
M.I. = 4/6 = 0.67
Ou
4 sur 6 cellules seront infectées
432
145
Multiplicité d’Infection
433
Nombre de cellules = 6
Nombre de virus = 10
M.I. = 10/6 = 1.6
Ou
6 sur 6 cellules seront infectées
La M.I.
• 108 cellules sont exposées à 105 virus
– Quelle est la multiplicité d’infection?
• 105/108 = 10-3 ou 0.001
434
– Combien de cellules seront infectées?
• Nbre de cellules X M.I. = 108 X 10-3 = 105
– Combien de cellules demeurent non infectées?
• Nbre de cellules initiales - Nbre de cellules infectées
• = 108 - 105 = 9.99 X 104 ≈ 105
Rendement Cellulaire
435
Nombre de cellules infectées = 4
Nombre de virus produits =10
donc
10 virus/4 cellules infectées
Rendement cellulaire = 2.5 virus produits/cellule infectée
146
Rendement Cellulaire
• 108 cellules sont infectées à une M.I.=0.0001. Après un cycle infectieux il y avait 106 virus
– Combien de cellules se font infectées?
• M.I. X Nbre de cellules = 0.0001 X 108 cellules = 104
– Quel est le rendement cellulaire?
• Nbre de virus/Nbre de cellules infectées = 106/104 = 100
– Quelle sera la M.I. au deuxième cycle?
• Nbre de virus après 1er cycle/Nbre de cellules non infectées
• 106/(108- 104)= 106/108 = 0.01
• Ou M.I. X Rendement cellulaire: 0.0001 X 100 = 0.01436
Rendement Cellulaire
• 108 cellules sont infectées à une M.I.=0.0001. Après un cycle infectieux il y avait 106 virus– Combien de cycles sont possibles?
• M.I. du 1er cycle: 0.0001• M.I. du 2e cycle: 0.0001 X 100 = 0.01• M.I. du 3e cycle: 0.01 X 100 = 1.0
– Toutes les cellules ce feront infectées– Dernier cycle– Donc 3 cycles au total
– Quelle sera le nombre de virus final approximatif?• Nombre de cellules qui est possibles d’infecter: 108
• Rendement 100 virus/cellule• Donc nombre final: 108 X 100 = 109
437
Énumération et Typage des Virus
• Compte direct– Détermine nombre de virus totaux
• Essai de plages– Détermine nombre de virus infectieux
• Essai d’hémagglutination– Détermine nombre total de virus
– Possible seulement avec les virus hémagglutinants• Qui possède l’hémmaglutinine – Ex. influenza
• Infectieux et non infectieux
• Essai d’inhibition d’hémagglutination– Typage antigénique des virus hémagglutinants
438
147
Comptes Directs
• Coloration négative
• Microscopie électronique
• Ne distingue pas les particules infectieuses des particules non infectieuses
• Utile pour les virus qui ne peuvent pas être crus en laboratoire
• Utilise des billes à une concentration connue pour estimer le volume du champ de vision
439
Comptes Directs Viraux
440
Ajouter billes
(104/mL)
Observer au microscope
10 billes dans un champ
Donc un champ = 0.001 mL21 virus dans un champ
Donc 21 virus/0.001 mL = 2.1 X 104 virus/mL
Essai de Plages
• Infecter monocouches de cellules ou tapis bactériens avec différentes dilutions de virus
• Déterminer le nombre de plages pour chaque dilution
– Chaque plage est le résultat d’une seule cellule infectée par une seule particule virale
• 1 UFP
441
148
Les Plages
• Effet cytopathique localisé
– Lyse/mort cellulaire
• Chaque plage représente un foyer d’infection
– Chaque foyer d’infection est initié par une cellule infectée
442
Essai de Plages
443
Mélanger avec quantité constante de cellules
permissive
virus
Dilution finale:
1/10
1/10 1/101/101/101/10
Dilutions en séries de facteurs 10
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml
Conc. originale = Nombre d’UFP ÷ dilution ÷ volume36 UFP/(10-4 X 0.1) = 3.6 X 106 UFP/ml
Lyse confluente 36 4 0
Essai d’Hémagglutination
• Mesure de la quantité minimale de virus requise pour agglutiner tous les globules rouges
– 1 unité d’hémagglutination (UHA)
444
Hémagglutination complète
Hémagglutinationpartielle
Pasd’hémagglutination
≥1UHA < 1UHA 0 UHA
149
Essai d’Hémagglutination
445
Mélanger avec quantité constante de globules
rouges
Vue du côté
Vue du haut
virus
Dilution finale:
1/8
1/2 1/21/21/21/2
Dilutions en séries de facteurs 2
1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256
0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml
Échantillon le plus dilué avec hémagglutination complète = 0.1ml de 1/32 = 1UHAConc. originale = 1 UHA/(0.1 X 1/32) = 320 UHA/ml
Essai d’Inhibition d’Hémagglutination
446
Hémagglutination
Virus
Virus lient GR
+
Hémagglutinationinhibé
Virus + Anticorps
Ac lient le virus
Virus ne peut pas lier GR
+
Des Virus à la Portée de TousPapilloma Humain, Influenza et le Virus
d’Immunodéficience Humain447
150
Papillomavirus Humain
• Petit virus nu– 51 types connus
• Types 6, 11, 16 et 18 sont plus communs
• Tropisme:– Cellules épidermiques en différentiation
• Récepteur:– Inconnu
• Génome ADN double brin– Seulement 6 gènes
448
Cycle Infectieux du VPH
1. Attachement au récepteur cellulaire2. Endocytose3. Pénétration du virus enveloppé dans le noyau4. Fusion, dénudation et décapsidation5. Transcription et synthèse de protéines précoces
• Protéines régulatrices non structurales6. Recrutement et modification de l’ADN polymérase
de l’hôte7. Réplication du génome viral8. Transcription et synthèse de protéines tardives9. Assemblage de la capside10. Empaquetage du génome11. Lyse cellulaire et relâchement
449
450
151
L’Influenza
• Virus enveloppé
• Trois types– A, B et C
• Tropisme:– Cellules épithéliales du tractus respiratoire
• Récepteur:– Acide sialique
• Génome ARN (-) segmenté– 8 segments
451
Virus Influenza - Anatomie
452
Hémagglutinine
Membrane bilipidiqueProtéine M1
Neuraminidase
Polymérase ARN ARN dépendante
8 segments ARN-monocaténaire
Protéine M2
Virus Influenza – Protéines du Virion
• Hémagglutinine
– Récepteur viral
• Protéine M1
– Protéine de la matrice
• Protéine M2
– Impliquée dans la dénudation
• Neuraminidase
– Impliquée dans le relâchement
• Polymérase ARN ARN dépendante
– Requise pour la réplication virale 453
152
Cycle Infectieux
454
Neuraminidase
Hémagglutinine
AttachementAcide sialique
Endocytose
EndosomeDénudation
Décapsidation
455
ARNv (-)
ARNm +
ARNc (+)
456
ARNv (-)
ARNm +
ARNc (+)
Assemblage de la capside
153
457
ARNv (-)ARNm +
ARNc (+)
Le VIH
• Virus enveloppé
• Tropisme:
– Cellules du système immunitaire
• TA, monocytes et macrophage
• Récepteur:
– CD4
• Génome ARN +
– Diploïde: 2 copies
458
VIH - Anatomie
459
Membrane bilipidique
Protéine de la matrice
Capside
ARN
gp120
gp41
Transcriptase inverse
154
VIH – Protéines du Virion
• Protéines de la capside
• Protéine de la matrice
• Récepteur viral
– GP120 et GP141
• Transcriptase inverse– Polymérase ADN ARN dépendante et ADN ADN dépendante
• Intégrase– Permet l’intégration du génome viral au génome cellulaire
• Protéase virale– Permet la maturation des polyprotéines virales
460
Cycle Infectieux du VIH
1. Attachement de gp41/120 a CD42. Fusion de l’enveloppe à la membrane cellulaire3. Dénudation et décapsidation4. Réplication et intégration du génome d’ADN viral5. Transcription d’ARNm par la cellule6. Traduction de polyprotéines par la cellule
– gag, pol et env7. Maturation des polyprotéines par la protéase
– gag → Protéines de la capside– pol → Transcriptase inverse et intégrase– env → gp120 et gp41
8. Assemblage de la capside9. Empaquetage du génome10. Bourgeonnement et relâchement
461
Cycle Infectieux
462
GP120
AttachementCD4
Pénétration
Fusion
Décapsidation
Transcription inverseADNcADN double brin
155
463
Intégration
Transcription
Assemblage
464
Viroïdes
• ARN circulaire simple brin qui code pour une seule protéine
• Aucune coque protéique
• Répliqué par pol. ARN ARN dép.
• Infecte principalement les plantes
• Une forme connue chez les humains
– Hépatite D
• Requière coïnfection par l’hépatite B
465
156
Prions
• « Protéines infectieuses »
• Protéines normales (PrPc) sont converties à une configuration alterne par le contact avec des protéines prions (PrPsc)
• Pas d’ADN ou d’ARN
• Maladies héréditaires et transmissibles
– Encéphalopathies spongiformes
• Maladie tremblante du mouton, maladie de Creutzfeldt-Jakob, Kuru, maladie de la vache folle
466
Immunologie
Le Système Immunitaire
467
L’Immunité
• Tous les mécanismes utilisés pour protéger le corps humain d’entités étrangères – Les antigènes– 3 lignes de défense :
• 1re - Les Barrières– Système inné – aucune éducation
– Actif en tout temps
– But: Prévenir l’entrée
• 2e –Système phagocytaire– Système inné – aucune éducation
– Prévenir la propagation
– Détruire l’entité étrangère
– Recruter et activer la 3e ligne
• 3e - La réponse acquise ou adaptative– Doit être éduqué – peut apprendre
– Destruction/Neutralisation spécifique de l’entité
– Prévenir les invasions futures - mémoire468
157
Caractéristiques des Deux Systèmes
Inné
• Antigène indépendant
• Immédiat
• Non spécifique à l’antigène
• Pas de mémoire immunologique
Acquis
• Dépendant d’antigène
• Période de Latence
• Spécifique à l’antigène
• Mémoire immunologique
469
Cavité céphalique
Cavité thoracique
Cavité abdominale
Cavité pelvienne
La 1re Ligne - les Barrières
• Prévenir le passage à l’intérieur
– L’intérieur est stérile à moins d’une infection
• Toutes les cavités représentent l’intérieur chez l’homme
• Toutes les cavités, sauf pour la cavité pelvienne, représentent l’intérieur chez la femme
• Le tractus gastro-intestinal et une partie du tractus respiratoire sont externes
470
Les Barrières - la Peau
471
Physique• Cellules kératinisées
épaisses
• Desquamation des cellules
Chimique• Concentration élevée de sel
• Acides gras inhibent la croissance bactérienne
• Défensines-antibiotiques peptidiques
• Faible pH
• Antimicrobiens générés par la microflore
158
Les Barrières - l’Oeil
472
Physique
• Larmes
– Lavage /élimination
Chimique
• Larmes-Lysozyme
• Lactoférrine
– Protéine qui lie le fer
• Faible aw
Les Barrières – Voies Respiratoire et Gastrointestinale
473
Physique
• Poils et cils nasaux
– Action de filtration
• Sécrétions muqueuses
– Piègent les particules
• Escalier mucociliaire
• Éternuements et toux
• Sécrétions de surfactants par les cellules A
– Préviennent l’attachement
Chimique
• Lysozymes
• Lactoférrine
• Peptides antimicrobiens
• Thiocyanate sécrété par les glandes salivaires
• Acides gastriques
• Sels biliaires
• Enzymes digestives
• Microflore
Les Barrières - La Flore Naturelle
• Microorganismes retrouvés à des sites spécifiques chez des individus sains
– Toutes les surfaces externes sont colonisées
– Compétition contre les pathogènes
– Sources d’organismes pathogènes (Opportunistes)
– Stimule le système immunitaire
• Stimule la production d’anticorps contre des épitopespartagés par les pathogènes
474
159
Le Système Inné - 2e Ligne
• Cellules et substances sériques prédisposées pour l’attaque immédiate des antigènes
– Cascade du complément alterne
– Cellules sanguines – Leucocytes
• Cellules polymorphonucléaires – Granulocytes
• Monocytes/macrophages
• Cellules NK
– Réponse inflammatoire
475
Cascade du Complément Alterne
• Implique une collection de protéines sériques
– Protéines du complément:
• C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 et C9
– Protéines accessoires: B et P
• Initiée par la liaison à des composantes communes a une grande variété de bactéries:
– Liaison de C3b à lipide A, acide téchoïque
476
C9
C9
Voie Alterne
477Bactérie Gram Négative
C3 + H2O + C3b
C3b
Ba
PBBb
C3 Convertase
C3 C3aC3b
C3b
C5 Convertase
C5C5a
C5b
+
C5b C6 C7
Complexe CAM
C3a
C8C9C
9C9C9
C9
C9
C9
•477
160
Conséquences
• Opsonisation– C3b
• Bactéries, virus et parasites
• Anaphylatoxines– C3a et C5a
• Activent granulocytes et monocytes– Induisent la réponse inflammatoire– Dégranulation
• CAM– Lyse osmotique
• Bactéries Gram négatives – Permettent lysozymes d’atteindre la paroi
• Parasites – Perte de solutés478
Cellules Sanguines
479
Cellule Hématopoietique multipotente
Cellule progénitrice myéloïde Cellule progénitrice lymphoïde
Érythrocyte Mastocyte
Myéloblast
Cellule tueuse naturelle
BasophileNeutrophile Éosinophile Monocyte
Cellule dendritique Macrophage
Plasmocyte
Lymphocyte T Lymphocyte B
Petit lymphocyte
Cellules Polymorphonucléaires - Granulocytes
• Neutrophile
– Cellule phagocytaire
– Conc. élevée est indicatrice d’une infection
– Normalement absent dans les tissus sains
• Éosinophile
– Combats les infections parasitiques
– Impliqué dans les réactions allergiques
• Basophile/Mastocyte
– Impliqué dans les réactions allergiques480
161
Rôles des Granulocytes
• Destruction de l’entité étrangère– Phagocytose
• Possèdent des récepteurs pour les opsonines– Digestion enzymatique
– Destruction chimique
» Antiseptiques: peroxyde et hypochlorite
– Relâchement des granules• Médiateurs inflammatoires
• Enzymes digestives
• Antiseptiques: peroxyde et hypochlorite
• Recruter les leucocytes non granulaires
• Recruter les lymphocytes – 3e ligne481
Rôles des Agranulocytes
• Monocytes/Macrophages/Cellules dendritiques
– Phagocytes
• Possèdent des récepteurs qui reconnaissent les opsonines
– Cellules présentatrices d’antigènes (CPA)• Ingestion/Digestion/Présentation
– Présentation d’épitopes d’antigènes exogènes
– Présentation sur le CMHII
– Présentation aux lymphocytes T auxiliaires
• Activer la 3e ligne – Réponse adaptative
482
Lymphocytes NK – Réponse Innée
• Tuent les cellules qui n’ont pas ou ont peu de CMHI
– Cellules infectées par des virus
– Cellules cancéreuses
• Deux récepteurs de surface• Récepteur inhibiteur
– Interagit avec CMHI des cellules nucléées
• Récepteur activateur– Interagit avec glycoprotéines induites par le stress
483
162
NK
Action des Cellules NK
484
Cellule
NK CelluleInfectée
Récepteur inhibiteur
Récepteur activateur
CMHI
Protéine activatrice
Cellule
Survie
CelluleInfectée
Réponse Inflammatoire
• Buts:– Neutraliser ou détruire l’envahisseur
– Alerter la troisième ligne
• Induite par…– Dommages aux tissus
– Infections
– Toxines
– Anaphylatoxines
• Symptômes– Rougeur, chaleur, douleur, œdème, perte de fonction
485
3e Ligne - Le Système Acquis
• Caractéristiques:
– Spécifique
– Acquiert une mémoire après une première rencontre
– Amélioration suite à des infections subséquentes
– Discrimination entre le « soi » et le « non-soi »
486
163
Le Non-Soi
• La majorité des cellules sont étiquetées pour m’identifier
– CMHI et CMHII
• Mes lymphocytes ont des récepteurs qui reconnaissent des épitopes que je n’ai pas
– RCB et RCT
• J’étiquette le non-soi avec des opsonines
– Protéines du complément et anticorps
487
Le Non-Soi
• Les antigènes
– Entités reconnues par les récepteurs des lymphocytes B (RCB) ou T (RCT)
• Antigène exogène– Entité qui se retrouve à l’extérieur des cellules
• Antigène endogène– Entité fabriquée à l’intérieur de la cellule
– Les antigènes possèdent des épitopes (ou déterminants antigéniques) qui interagissent avec les paratopes des RCB et RCT
488
Le Non-Soi – l’Antigène
489
Virus=Antigène
Déterminant antigénique ou Épitope
164
Antigènes Exogènes Vs Endogènes
• Exogènes
– Introduit dans le corps à partir de l’extérieur
• Inclut agents infectieux– Telle que bactérie, virus, champignons, protistes, vers etc.,
• Inclut substances environnementales – Tels que produits alimentaires, pollen, etc.
– CPA ingère les antigènes exogènes par phagocytose et les digèrent en fragments
• Les fragments (épitopes) sont présenté sur le CMHIIaux cellules TA
490
Présentation sur CMHII
491
CPA
Ingestion
CPA
Digestion
TA
Reconnaissance
CPA
Présentation
CPA
Reconnaissance
CMHII
RCTConclusion• C’est un antigène• Sonner l’alarme• Recruter les lymphocytes• Déclencher une attaque
Antigènes Exogènes Vs Endogènes
• Endogènes
– Sont généré à l’intérieur de la cellule par le métabolisme cellulaire
• Inclut les antigènes du soi, tumoraux, et viraux
– Peuvent être le résultat d’infections intracellulaires virales ou bactériennes
– Ne requière pas de phagocytose
– Fragments généré par la dégradation sont présentés sur le CMHI aux cellules Tc
492
165
Présentation sur CMHI
493
TC
Reconnaissance
Cellule nuclée
Infection
CMHI
RCT
Conclusion• Cette cellule est infectée• Elle doit être tuée
MultiplicationSynthèse de protéines
Dégradation
Présentation
La Présentation
• Les épitopes d’antigènes doivent être présentés afin d’être reconnus en tant que non-soi
494
• CMHI
– Retrouvé sur la majorité des cellules nucléées
• Exceptions: globules rouges, neurones et spermatozoïdes
– Présentation d’épitopesd’antigènes endogènes aux RCT des lymphocytes Tc
• CMHII
– Retrouvé seulement sur les CPA
• Monocytes, macrophages, cellules dendritiques, lymphocytes B
– Présentation d’épitopesd’antigènes exogènes aux RCT des lymphocytes TA
3e Ligne – Deux volets
495
Réponse humorale Réponse cellulaire
Cible Participants Cible Participants
Ag exogènes
Lymphocytes TA – TH2
Ag endogènes
Lymphocytes TA – TH1
Lymphocytes B Lymphocytes Tc
Anticorps Cellules NK
Cascade classique du complément
166
Réponse Humorale
• La réponse humorale a besoin de deuxsignaux afin d’être activée
1. Un lymphocyte TA (TH2) doit déterminer qu’un épitope, présenté par le CMHII d’une CPA du système inné, représente le non-soi
• Conséquence : TA (TH2) est activée
2. Un lymphocyte TH2, qui a été activé, doit confirmer qu’un épitope, présenté par le CMHIId’un lymphocyte B, représente le non-soi
• Conséquence : Lymphocyte B est activé
496
Lymphocytes TA
• Un Lymphocyte TA possède des RCT avec unparatope capable de reconnaître un épitope présenté par le CMHII des CPA
– Macrophages, monocytes, cellules dendritiques et lymphocytes B
• Responsable de la discrimination du non-soi
497
TA
CD4
TH2CD4
1. Présentation aux Cellules TA
498
CD4
TH2
CD4TH2
CD4TH2
CD4TH2
Amplification clonale
RCTParatope
CPA
CMHII
TH2CD4
167
Lymphocytes B
• Possède un RCB capable de reconnaître unépitope d’antigènes exogènes
• Font l’endocytose des complexes Ag-RCB
• CPA : Font la présentation d’épitopes sur CMHII
499
RCB
2. Activation de la Réponse Humorale
500
Rép
erto
ire
de
lym
ph
ocy
tes
B n
aïfs
AntigèneActivation
PP
P
P
Plasmocytes
MM
B Mémoires
Amplification clonale et différentiation
Sécrétion d’Ac
ÉpitopesCMHIIRCBCytokines
Les Anticorps (Immunoglobulines)
501
Chaîne lourde
Région variable
Région constante
Liens disulfures
Chaîne légère
Région variable
Région constante
Isotype
Idiotype
Sites de liaisons d’épitopes antigéniques
2 X Fab
1 X Fc
168
Les Anticorps (suite)
• Régions variables
– Uniques à chaque lymphocyte B
– Idiotype de l’Ac
– Région du paratope
– Confèrent la spécificité à l’épitope
• Régions Constantes
– Isotype de l’anticorps
• IgM, IgA, IgD, IgG, IgE
– Confère le mode d’action de l’Ac
502
Isotypes
• Membranaire: RCB
503
IgD
IgG
IgMIgM
• Monomère; Membranaire: RCB
• Pentamère: Sérique
• Premier Ac produit lors d’une première rencontre
• Anticorps sérique:
• 80% des Ac sériques
• Traverse le placenta
Isotypes
504
IgE
IgA
• Dimère:
• Associé aux muqueuses
• Tractus urogénital
• Tractus respiratoire
• Tractus gastro-intestinal
• Sécrété dans le colostrum
• Monomère:
• Récepteur membranairedes basophiles et mastocytes
169
Modes d’Actions des Anticorps
505
• Agglutination
• Neutralisation
• Opsonisation
• ADCC
• Dégranulation des granulocytes
• Fixation du complément
– Voie classique du complément
IgM et IgA
IgM, IgA et IgG
IgG et IgM
IgG et IgM
IgE
IgM et IgG
Agglutination
506
• Favorise la phagocytose
• Inactive l’envahisseur
Neutralisation
507
• Liaison à des composantes essentielles causant l’inactivation
170
Opsonisation
508
• Régions Fc sont des opsonines reconnues par les cellules phagocytaires
Cytotoxicité Cellulaire Dépendant des Anticorps - ADCC
509
• Régions Fc sont reconnues par des récepteurs des cellules NK
Dégranulation
510Lysosome
Granules de médiateurs préformés
Récepteur de région Fc
171
Voie Classique du Complément
511
C1qC1r C1s
Complexe C1C4
C
4a
C
4b+
C
4b
C2
C2a
C2a C2b+
C5 ConvertaseC3
C3b
C3a
+
C5bC6 C7C3b
C3 ConvertaseC5
C5a
C5b
+
C9
C9C8
C9C
9
C9C9
C9
C9
C9
Conséquences de la Voie Classique
• Opsonisation
– C3b & C4b
• Analphylatoxines
– C3a & C5a
• CAM
– Lyse osmotique
512
Sommaire: Réponses à un Agent Exogène
513
• Rencontre de l’antigène– La 1re ligne prévient l’entrée
• Pas d’infection
• Aucune réponse immune
• Pénétration de l’antigène– La 1re ligne a échoué
• Infection
– 2e ligne de défense
• Système phagocytaire
• Cascade du complément alterne
• Destruction de l’antigène
• Recrutement de la 3e ligne
• Présentation aux cellules TA
– 1ier signal
– Un antigène est reconnu
172
Sommaire: Réponses à un Agent Exogène (Suite)
514
• La 2e ligne à échoué
– 3e ligne est activée• Reconnaissance par B
– Présentation à TA activée
– 2e signal - La présence d’un antigène est confirmé
• Activation de B
– Sécrétion d’Ac - Attaque
» Opsonisation – Phagocytose
» Cascade du complément classique
» Neutralisation
» Agglutination
» ADCC
• Mémoire est acquise
Réponses Immunes: 1re et 2e Rencontres
515
Élément Réponse primaireRéponse
secondaire
Réponse maximale
Plus faible Plus forte
Dose d’antigène requise
Relativement élevée
Faible
Latence Entre 10-21 jours Entre 1-3 jours
Réponse à Médiation Cellulaire
• La réponse cellulaire a besoin de deux signaux afin d’être activée
1. Un lymphocyte TA (TH1) doit déterminer qu’un épitope, présenté par le CMHII d’une CPA du système inné, représente le non-soi
• Conséquence : TH1 est activé
2. Un lymphocyte Tc (naïf) doit déterminer à son tour que l’épitope présenté par le CMHIreprésente le non-soi
• Conséquence : Lymphocyte Tc est armé
516
173
TH1CD4
1. Présentation aux Cellules TA
517
CD4
TH1
CD4TH1
CD4TH1
CD4TH1
Amplification clonale
RCTParatope
CPA
CMHII
TH1CD4
Lymphocytes Tc
• Récepteur cellulaire – RCT
– Reconnaissance du non-soi présenté par CMHI
– Un lymphocyte Tc possède un RCT capable de reconnaître un épitope associé au CMHI
• Tc naïves doivent être armées
– Deux signaux sont requis :
• Reconnaissance par un RCT d’un épitope spécifique associé au CMHI
• Cytokines activatrices produites par TH1518
RCT
Tc
CD8
2. Activation/Armement de Tc
519
TC
naïve
ReconnaissanceSynthèse/Dégradation Présentation
TH1CD4
Activation/Armement
Amplification clonale de Tc armé
174
Attaque par les Cellules Tc Armées
520
Attaque du Système Immunitaire - le VIH
521
Le VIH
• Récepteur viral
– Gp120
• Récepteur cellulaire
– CD4
• Cellules T auxiliaires, monocytes, macrophages et cellules dendritiques
• Réplication préférentielle dans les cellules T activées
• Durée de vie d’une cellule T qui réplique activement le VIH: 2.2 jours 522
175
Suivi de l’Infection par le VIH
523
Nb
red
e c
ellu
les
CD
4/µ
L
Nb
red
e V
IH/µ
L
InfectionPhase aigüe
Dissémination massive du VIH
Phase de latencePériode asymptomatique
Symptômes cliniques
Infections opportunistes
Mort
Semaines Années
Séroconversion
Anticorps spécifiques au VIH
Décours de l’Infection par le VIH
• Pré-infection• Compte CD4 normal entre 1000 -2000 cellules/µL
• Subclinique (1-4 semaines)• Asymptomatique
• ARN du VIH peut être déceler aussi tôt qu’une semaine post infection
• Compte CD4 500-600 cellules/µL
• Syndrome primaire (6-12 semaines)• Symptômes non-spécifiques semblables à la
mononucléose
• Compte CD4 350-500 cellules/µL
• Séroconversion524
Décours de l’Infection par le VIH
• Période de latence clinique (Jusqu’à 10 ans)
• Période asymptomatique
• Compte CD4 : 200-350 cellules/µL
• Risque d’infections opportunistes
• SIDA
• Compte CD4 moins que 200 cellules/µL
• Risque d’infections opportunistes sévères
• Compte CD4 moins que 50 cellules/µL
• Immuno-incompétence → mort
525
176
Immunité Acquise
Les Vaccins
526
Immunisations
527
• Active (Prophylactique)
Naturelle Non intentionnelle
Artificielle Délibérée
• Passive (Thérapeutique)
Naturelle
Artificielle
Infection
Vaccination
Type d’immunité Mode d’acquisition
Transfert d’Ac - mère à enfant
Transplacentaire ou colostrum
Administration d’Ac
Définitions
• Vaccin:
– Suspension de microbes atténues ou tués, ou une fraction de ces derniers, administrée pour induire une immunité - mémoire
• Anatoxine:
– Version modifiée non toxique d’une toxine qui a retenu son immunogénicité
• Adjuvant :
– Composé ajouté à des préparations vaccinales qui augmente la réponse immunitaire
528
177
Types de Vaccins
• Atténué (vivant)
– Version moins virulente, mais vivante du pathogène
• Inactivé (mort)
– Virus ou bactéries tués à la chaleur ou au formol
– Vaccins d’anatoxines
– Vaccins sous unitaires
• Protéine ou autre composante purifiée du pathogène
529
Buts de la Vaccination
• Protéger l’individu – Efficacité de la protection
– Protection contre l’infection
• Prévenir l’entrée, la croissance, la propagation et la pénétration cellulaire
– Protection contre la maladie
• Prévenir les dommages causés par le pathogène ou des produits de celui-ci
• Protéger la population – Immunité de troupeau
– Restreindre la propagation entre les individus530
Vaccins Atténués (vivant)
• Virulence atténuée ou éliminée – L’atténuation est le résultat de mutations
– Ex. Rougeole, oreillons, rubéole, bacille de Calmette-Guérin
• Avantages:– Grande efficacité– Reproduisent l’infection– Structures demeurent inchangées
• Désavantages:– Peuvent induire des symptômes– Peuvent causer la maladie chez les personnes
immunodéprimées – Peuvent retourner à l’état sauvage (Réversion)
531
178
Vaccins Inactivés
• Inactivation par des méthodes physiques– Traitement à la chaleur – Traitement au formaldéhyde (formol)
• Anthrax, Cholera, Pertussis, Influenza
• Avantage:– Très sécuritaires
• Désavantages:– Structures antigéniques peuvent changer– Immunité peut-être faible et de court terme– Ne reproduisent pas l’infection– Réactions allergiques– Doses de rappel souvent requises– Adjuvants requis
532
Réponse Immunitaire - Inactivé Vs Atténué
533
Vaccin d’antigène inactivé
Rép
on
se Im
mu
ne
1re dose 2e dose 3e dose
Vaccin d’antigène atténué
1re dose
Vaccin de la Variole
• Agent infectieux: Virus de la variole
– Un seul hôte: l’être humain
• Vaccin: Virus de la vaccine bovine
– Virus vivant (infectieux, atténué)
– La souche vaccinale peut être transmise de personnes immunisées à des personnes non immunisées!!
– A permis l’éradication du virus et de la maladie
• Dernier cas en 1977
534
179
Vaccins de l’Influenza
• 2 versions
– Inactivé
• Croissance du virus dans des embryons de poulet, puis tué
• Traitement au formol et à la chaleur
• Stimule une réponse humorale seulement
– Atténué (LAIV)
• Atténué par une adaptation au froid à 25oC
• Induit une immunité humorale et cellulaire
535
Vaccin DPT
• D - Diphtérie
– Corynebacterium diphtheriae
• Anatoxine diphtérique
• P – Pertussis (Coqueluche)
– Bordetella pertussis
• Antigène de Pertussis
• T - Tétanos
– Clostridium tetani
• Anatoxine tétanique
536
Gardasil - VPH
• Préparation de la protéine L1 de la capside
– La protéine L1 s’auto-assemble générant des particules non infectieuses - VLP
– Les VLP induisent une forte réponse humorale
• Protège contre l’infection pas la maladie
• Non thérapeutique
537
180
Vaccin ROR
• Vaccin vivant atténué multivalent contre la rougeole, les oreillons et la rubéole
• Efficacité 95% • Immunité à vie
Microbiologie Médicale
La Relation Hôte-Pathogène
539
Qu’est qu’une Maladie ?
• Toute modification d’un état de bonne santé, dans laquelle l’entièreté ou une partie du corps de l’hôte n'est pas en parfait équilibre
– Infectieuse - Un état de maladie en raison de la présence d’un microorganisme pathogène ou de ses produits
– Non Infectieuse - Un état de maladie en raison de causes non vivantes
• Génétique, empoisonnement, environnemental, etc.
540
181
Le Pathogène et l’Infection
• Pathogène :
– Tout organisme qui a la capacité de causer une maladie infectieuse
• Infection :
– État lorsqu’un pathogène se développe et se multiplie chez l’hôte
• Une infection peut causer ou ne pas causer une maladie
• Infection n’est pas synonyme à maladie
541
Types de Pathogènes
• Pathogènes primaires
– Causent une maladie suite à une infection
– Ne sont pas normalement associés à l’hôte
• Ex. TB (Mycobacterium tuberculosis), Influenza
• Pathogènes opportunistes
– Causent une maladie dans certaines circonstances
– Peuvent faire partie de la flore naturelle
• Ex. Enterococcus faecium, Candida albicans (flore naturelle)
• Ex. Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens(microorganismes de l’environnement)
542
Classes de Pathogènes Microbiens
• Bactéries (Primaire et opportuniste)• Ex. Primaire : TB; Opportuniste : E.coli
• Champignons (Principalement opportuniste)• Ex. Levure (candidose)
• Protistes (Primaire)• Ex. Plasmodium spp. (malaria), Trypanosoma spp.
(maladie du sommeil)
• Virus (Primaire)
543
182
Devenir l’Agent d’une Maladie
• 7 Commandements – Trouver un hôte approprié
– Obtenir accès à l’intérieur• Pénétration
– Établir un foyer• Adhérence
– Se multiplier
– Causer des dommages
– Sortie
– Transmission à un nouvel hôte
544
Pénétration
545
• Pénétration de la peau
– Plus difficile des barrières à être pénétrées
– La pénétration dépend sur un traumatisme qui endommage l’intégrité de la peau
• Éraflure, coupure, aiguille, morsure d’insecte, etc.
• Pénétration des membranes muqueuses
– La plus commune des routes d’entrées
• Ingestion, inhalation, contact sexuel (Tractus urogénital ou anus)
Adhérence
• Le pathogène doit adhérer à des cellules hôtes pour établir une infection
– Facteurs d’adhérence bactériens
• Adhésines –retrouvé à l’extrémité des fimbriaes
• Couche-S – Couche externe de protéines semblable à la capsule
• Glycocalyx ou capsule – Couche externe de polysaccharides
• Couche LPS
• Acide téchoïque
546
183
Nuire l’Hôte
• Production de poisons tels que des toxines et des enzymes qui endommagent ou tuent les cellules et les tissus
• Invasion directe et destruction des cellules hôtes
• Amorcer une réponse immune de l’hôte qui mène aux symptômes
547
Les Toxines
• Endotoxine A:
– Composante structurale des membranes des bactéries Gram- (LPS)
• Toxique seulement quand elle est relâchée – Lyse cellulaire
• Induit une réponse inflammatoire
• Exotoxines:
– Protéines produites et sécrétées par les bactéries
548
Propriétés des Toxines
549
Endotoxines
– Thermostables
– Faible toxicité (mg/Kg)
– Inflammatoires
• Non spécifique
– Peu immunogènes
– Pyrogènes (fièvre)
Exotoxines
– Thermolabiles (60-80oC)
– Forte toxicité (μg/Kg)
– Effets associés à des symptômes spécifiques
– Très immunogènes
– Non pyrogènes
184
Les Endotoxines
• Lipopolysaccharide:
– Composante structurale des bactéries Gram -
• Lipide A
– Actif seulement quand relâché suite à la lyse cellulaire
– Cause Endotoxémie:
• Endotoxine libre dans le sang
– Cause Septicémie (choc septique)
• Réponse inflammatoire systémique
550
Classes d’Exotoxines
• Neurotoxines
– Interfèrent avec les transmissions synaptiques des neurones
• Entérotoxines
– Interfèrent avec la réabsorption d’eau par les muqueuses
• Tractus respiratoire et intestinal
• Cytotoxines
– Inhibent des fonctions cellulaires spécifiques
• Ex. Synthèse protéique551
Les Neurotoxines (suite)
• Toxine tétanique (Clostridium tetani)
– Inhibe la sécrétion de neurotransmetteurs des neurones inhibiteurs
– Cause une paralysie spastique
552
185
Les Neurotoxines (suite)
• Toxine botulique (Clostridium botulinum)
– Inhibe la décharge de l'acétylcholine
– Cause paralysie flasque
553
Les Enterotoxines - Toxine Cholérique
• La toxine active la production d’AMPc
• Une hausse des niveaux d’AMPc cause la perte d’électrolytes et de l’eau des cellules qui revêtent l’intestin
• Cause une diarrhée abondante très liquide
– Déshydratation sévère
– Mort (18h à quelques jours)
554
Les Cytotoxines – Toxine Diphtérique
• Produit par Corynebacterium diphteriae
– Inhibe synthèse protéique causant la mort cellulaire :
• Localisé (membrane muqueuse de la gorge)
– Dégénérescence des cellules épithéliales de la gorge
– Inflammation et œdème
– Formation de pseudomembrane
• Systémique
– Défaillance cardiaque
– Inhibition du système nerveux – paralysie
555
186
Sortie
• Les dommages causés à l’hôte facilitent la sortie
– Ex. Vibrio cholerae cause la diarrhée
– Ex. Bordetella pertussis cause la toux
• Peut utilisé des fonctions corporelles naturelle
– Parler, urine, sperme sécrétions vaginales
• Peut utiliser un vecteur
– Morsure d’insecte, aiguilles556
Transmission
• Transmission par contact
– Direct
• Transmission de personne à personne– Toucher, embrasser, les rapports sexuels, ou aérosols de
gouttelettes
557
Transmission
• Transmission par contact
– Indirect
• Transmission par des objets inanimés (formites)
• Transmission par véhicule
– Transmission d'agents pathogènes par des véhicules tels que l'eau, la nourriture et l'air
558
187
Transmission
• Transmission par vecteur
– Transmission par un vecteur mécanique
• Animal (typiquement un insecte, ex. la mouche) qui transporte un agent pathogène d'un hôte à un autre sans être lui-même infecté
– Transmission par un vecteur biologique
• Le pathogène se reproduit dans un vecteur biologique qui transmet le pathogène d'un hôte à un autre
– Ex. la malaria et le moustique
– La maladie de Lyme et le tique
559
Conséquences de la Maladie Infectieuse
• Le résultat de la maladie infectieuse dépend
– Des propriétés de l’hôte
• La réponse immune
– Des propriétés du pathogène
• La virulence
560
L’hôte est maladeIl meurt
L’hôte est maladeIl guérit
L’hôte n’est pas maladeInfection sans maladie
Les défenses n’ont pas fonctionné
Les défenses ont éventuellement fonctionné
Les défense ont fonctionné
Aucune mémoire immune
Aucune ou faible mémoire immune
Mémoire immune d’une exposition antérieur
Agent très virulent Agent virulent Agent non-virulent
Virulence
• La virulence est un terme quantitatif qui réfère à la capacité d’un pathogène de causer une maladie
– Mesure de la sévérité des dommages causes à l’hôte
– Virulence élevée = Pathogénicité élevée
• Le niveau de virulence est une fonction des propriétés du pathogène et de l’hôte
561
188
Mesure de la Virulence
Dose
Portail d’entrée
DI50 DL50
Peau 10-50 50 - 250
Inhalation 1 000 - 8 000 8 000 – 10 000
Ingestion 25 000-100 000 150 000-500 000
• Dose infectieuse (DI50)
– Nombre minimum d’organismes nécessaires pour causer la maladie chez 50% des hôtes
• Apparition de symptômes
• Dose létale (DL50)
– Nombre minimum d’organismes nécessaires pour tuer 50% des hôtes
Bacillus anthracis
562
La Relation Hôte:Pathogène
La Maladie Infectieuse
563
Classification des Maladies d’après la Durée
564
Aig
üe
Période d’incubation
Maladie Convalescence
Organisme disparaîtUne immunité est habituellement acquise
Ch
ron
iqu
e
Période d’incubation
Maladie
La maladie persiste ou réapparaît sur une longue période
Late
nte
Période d’incubation
Maladie ConvalescenceLatence(Pas de maladie)
La maladie peut réapparaître
La maladie peut réapparaître si l’immunité est affaiblie
Jours Mois Années
Temps
189
Classification des Maladies Infectieuses
• D’après le lieu– Localisé
• Confiné à un endroit spécifique du corps
– Systémique• Infection avec distribution généralisée dans les tissus
• D’après le temps d’apparition– Primaire
• Infection initiale chez une personne saine
– Secondaire• Survient chez une personne affaiblie par une infection
primaire565
Déroulement de la Maladie Aiguë
• Période d’incubation :
– Inclut la rencontre, la pénétration, l’adhérence, et la croissance
– Durée moyenne de 2-3 jours, jusqu’à plusieurs semaines ou mois
• Période prodormale :
– Précède l’expression de symptômes spécifiques
• Ex. Maux de tête, malaises, maux gastro-intestinaux
– Représente le début de l’activité du pathogène
566
Déroulement de la Maladie Aiguë
• Période aiguë
– Interactions entre le pathogène et l’hôte sont à leurs summums
• Contribution active de la réponse inflammatoire
• Symptômes spécifiques et non spécifiques– 1re exposition
» La réponse immune acquise est initiée, il n’y a pas d’anticorps présents
– 2e exposition
» Haut niveau d’activité du système acquis
» Niveau élevé d’anticorps
567
190
Déroulement de la Maladie Aiguë
• Période de convalescence :
– Récupération de la période aiguë
– Diminution des symptômes spécifiques et non spécifiques
– Le niveau d’anticorps est à son summum
568
Microbiologie Clinique
Le Diagnostic
569
Tests
• Tests de dépistages– Identifie les individus asymptomatiques qui
pourraient avoir la maladie
– Vérifie pour la présence d’un facteur associé à la maladie
• Tests diagnostics– Utilisés pour déterminer la présence ou l’absence
d’une maladie chez les sujets qui démontrent des signes ou des symptômes de la maladie
– Fait après un test de dépistage positif pour établir un diagnostic définitif
570
191
Tests de Dépistages
• Microscopie et tests biochimiques
• Immunologiques– Test de précipitation
– Test d’agglutination
– Test de fixation du complément
– ELISA
– Immunochromatographie
• Moléculaires– PCR et RT-PCR
571
Microscopie et Tests Biochimiques
• Microscopie
– Coloration de Gram
– Coloration alcoolo-acido résistante
• Tests biochimiques
– Permet l’identification d’après les caractéristiques métaboliques
• Ex. Exigences en oxygène
• Sources de carbone utilisées
• Métabolisme oxydatif ou fermentatif
• Sous-produits métaboliques572
Immunologie - Tests de Précipitations
• Principe
– Quand des anticorps réagissent avec des épitopes multiples sur des antigènes solubles, il y a formation de réseaux qui génèrent un précipité insoluble
– Les réactions de précipitation peuvent avoir lieu en solution ou dans des gels tel que l’agar
573
192
Agglutination au Latex
•574
Test d’antigène
+
Latex enrobéd’anticorps
Spécimen quicontient l’antigène
Test d’anticorps
Latex enrobéd’antigènes
Spécimen quicontient des anticorps
+
574
Fixation du Complément
• Méthode
575
Sérum dupatient
Avec Ag Pas d’Ag
Ag
Ag
Ag
Ajout d’Ac contre Ag à être déceléAjout d’une concentration limite du complément
Ajout de globules rouges sensibilisés avec IgG
Lyse
Fixation du Complément (Suite)
• Essai qui détermine si le complément est utilisé par la liaison d’AC spécifique à un antigène– Complément utilisé – Pas de lyse de globules rouges
• Fixation du complément
• Antigène présent
– Complément inutilisé-lyse de globules rouges• Aucune fixation du complément
• Antigène absent
• Essai peut-être fait de façon quantitative
• Sensibilité moyenne
576
193
Dosage par la Méthode ELISA
• Utilisé pour déceler la présence d’anticorps ou d’antigènes
– Très sensible
– Quantitatif
– Rapide
577
ELISA – Détection d’Antigène
578
Sérum (source d’Ag) est ajouté à des puits de plastique
Antigène Présent Antigène Absent
Agent bloquant est ajoutéAc contre Ag est ajoutéLavageAc détecteur est ajoutéLavageSubstrat est ajouté
ENZ ENZENZ
ENZ
ENZENZ
ENZENZ
ELISA – Détection d’Anticorps
579
ENZ ENZENZ
ENZENZ
ENZ
ENZENZ
Ac Présent Ac Absent
Ag cible pour Ac à déceler ajouté aux puitsAgent bloquant est ajoutéSérum à tester est ajoutéLavage
Substrat est ajouté
Ac détecteur est ajoutéLavage
194
Interprétation/Quantification
• Des concentrations connues d’antigène ou d’anticorps sont utilisées comme référence
580
AbsDilutions
1.77
0.72
0.25
0.16
0.09
0.02
0.02
1/4
1/10
1/30
1/50
1/100
1/200
Témoin négatif
• Choisir une absorbance plus élevée que le témoin négatif
– Ex. 1/50: (0.16 – 0.02) = 0.14
• Déterminer la corrélation entre l’abs et la concentration
– Ex. Conc. mère était 2 mg/mL• Donc 2 mg/mL X 1/50 = Abs. de 0.14
• 0.04 mg/mL = Abs. de 0.14
• 1.0 mg/mL = Abs. de 3.5
Interprétation/Quantification
581
• Les abs au dessus de TN sont positifs
– P1 & P3 sont infectés
– P2 est négatif
• P3 a une charge 6X plus élevée
– (1.68-0.02)/0.28-0.02)
• La conc. d’Ag chez P3
– Choisir valeur au dessus du TN• Ex. 1/64 = (0.24-0.02) = 0.22
• Non-dilué = 0.22 X 64 = 14.08
• Standard: 1.0 mg/mL = Abs. de 3.5
• Donc conc. chez P3 : 4.0 mg/mL
Abs
Dilutions
0.28
0.16
0.10
0.06
0.02
0.02
0.02
1/8
1/16
1/32
1/64
1/128
1/256
T.N.
0.019
0.02
0.015
0.02
0.02
0.02
0.02
0.24
0.12
0.07
0.02
0.44
0.86
1.68
Patient
1
Patient
2
Patient
3
Détection d’Ag de virus X
Interprétation/Quantification
Détection d’Ac contre virus X • Les abs au dessus de TN sont positifs
– P2 & P3 sont séropositifs
– P1 est séronégatif
• P2 a une charge 6X plus élevée
– (1.68-0.02)/0.28-0.02)
• La conc. d’Ac chez P2
– Choisir valeur au dessus du TN• Ex. 1/64 = (0.24-0.02) = 0.22
• Non-dilué = 0.22 X 64 = 14.08
• Standard: 1.0 mg/mL = Abs. de 3.5
• Donc conc. chez P3 : 4.0 mg/mL
Abs
Dilutions
0.28
0.16
0.10
0.06
0.02
0.02
0.02
1/8
1/16
1/32
1/64
1/128
1/256
T.N.
0.019
0.02
0.015
0.02
0.02
0.02
0.02
0.24
0.12
0.07
0.02
0.44
0.86
1.68
Patient
1
Patient
2
Patient
3
195
Immunochromatographie
• Même principe que l’ELISA
– Qualitatif plutôt que quantitatif
– Décèle l’interaction d’anticorps spécifiques contre un antigène
• Méthode colorimétrique
– Principe de plusieurs tests dits rapides
• ≤ 15 minutes
• Utilisée pour la détection de pathogènes viraux et bactériens
• Peut aussi être utilisée pour la détection d’anticorps
583
Principe d’Immunochromatographie
584
Interprétation
585
Positif Négatif Invalide
196
PCR et RT-PCR
• PCR
– Permet l’amplification exponentielle d’une séquence spécifique à partir de génome d’ADN
• Fondé sur la réplication d’ADN
• RT-PCR
– Permet l’amplification exponentielle d’une séquence spécifique à partir de génome d’ARN
• Idem à la PCR, mais requiert une étape initiale pour convertir l’ARN en ADN
– Réaction de transcriptase inverse
586
Utilité de la PCR et de la RT-PCR
• Détection de pathogènes qui sont difficiles ou qui ne peuvent pas être crus en labo– Ex. Mycoplasmes
• Détection précoce d’un faible nombre de pathogènes– Ex. VIH
• Détection d’infections latentes– Ex. EBV
• Criblage rapide de tissus– Ex. CMV dans transplantation d’organes
587
PCR
588
197
Validité des Tests
• Capacité d'un test d’indiquer quels individus ont la maladie et quels ne l’ont pas
– Sensibilité
• Capacité d’un test d’identifier correctement ceux qui ont la maladie
– Spécificité
• Capacité d’un tests d’identifier correctement ceux qui n’ont pas la maladie
• La validité est déterminée en comparant les nouveaux tests aux tests de référence
589
Comparaisons aux Tests de Références
• Vrai positif (VP)
– Nouveau test (pos.) et test de référence (pos.)
• Faux positif (FP)
– Nouveau test (pos.) et test de référence (nég.)
• Vrai négatif (VN)
– Nouveau test (nég.) et test de référence (nég.)
• Faux négatif (FN)
– Nouveau test (nég.) et test de référence (pos.)
590
Calcul de la Sensibilité
AVrai positifs
BFaux positifs
CFaux négatifs
DVrai négatifs
591
Maladie
+ -
+
Test
-
Sensibilité =Vrai pos. (VP)
Total avec maladie
A
A + C=
198
Calcul de la Spécificité
AVrai positifs
BFaux positifs
CFaux négatifs
DVrai négatifs
592
Maladie
+ -
+
Test
-
Spécificité =Vrai nég. (VN)
Total sans maladie
D
B+ D=
Exemple
• Remplir les cellules vides et calculer la sensibilité et la spécificité
• Sensibilité = 240/300 = 0.8 ou 80%
• Spécificité = 600/700 = 0.86 ou 86%593
Résultats de
dépistage
Caractéristiques véritables dans la
population
Maladie Sans maladie
Positif 100
Négatif 60
Total 300 700
Restrictions
• La sensibilité et la spécificité décrivent la validité du test et non la probabilité d'avoir la maladie
• La sensibilité et la spécificité indiquent la probabilité de la présence ou l'absence du facteur testé
– Ex. Dépistage de la tuberculose – Test de tuberculine
• Dépistage pour une réaction immune à l’antigène de la tuberculose
– Sensibilité de 80% = 80% de chance qu’il y a une mémoire
– Pas 80% de chance d’avoir la maladie
• Besoin de valeurs prédictives 594
199
Valeurs Prédictives
• Valeur prédictive positive (VPP)
– Proportion des patients déclarés positifs qui ont réellement la maladie
– Si une personne est déclarée positive, quelle est la probabilité qu'elle ait la maladie?
• Valeur prédictive négative (VPN)
– Proportion des patients déclarés négatifs qui n‘ont effectivement pas la maladie
– Si une personne est déclarée négative, quelle est la probabilité qu‘elle n'ait pas la maladie?
595
Valeur Prédictive Positive (VPP)
596
VPP =Vrai pos. (VP)
Total Pos.
A
A + B=
AVrai positifs
BFaux positifs
CFaux négatifs
DVrai négatifs
Maladie
+ -
+
Test
-
Valeur Prédictive Négative (VPN)
597
VPN =Vrai nég. (VN)
Total nég.
D
C + D=
AVrai positifs
BFaux positifs
CFaux négatifs
DVrai négatifs
Maladie
+ -
+
Test
-
200
Problème
• Un test pour une maladie a une sensibilité de 80% et une spécificité de 95%. Quelle est la probabilité qu’une personne qui a un test positif est véritablement malade?
598
Problème (Suite)
• Choisir population
– Ex. 1000 avec et 1000 sans maladie
• Faire tableau 2 X 2
599
Résultats de
dépistage
Caractéristiques véritables dans la
population
Maladie Sans maladie
Positif(0.8 X 1000) =
800
(1000-950) =
50
Négatif(1000-800) =
200(0.95 X 1000) =
950
Total 1000 1000
Problème (Suite)
• Calculer VPP
– VPP = 800/850 = 0.94
– Donc 94% de chances que la personne soit malade600
Résultats de
dépistage
Caractéristiques véritables dans la
population
Maladie Sans maladie
Positif(0.8 X 1000) =
800
(1000-950) =
50
Négatif(1000-800) =
200(0.95 X 1000) =
950
Total 1000 1000
201
ÉPIDÉMIOLOGIE
601
Définitions
• Épidémiologie: Branche de la médecine qui décrit l’occurrence, la distribution et les types de maladies dans des populations pendant des périodes de temps distinctes
• L’épidémiologie est l’étude du qui, quoi, quand, où et comment des poussées de maladies infectieuses
602
Définitions (Suite)
• Maladie infectieuse– Maladie causée par un agent infectieux
• Ex. Le rhume
• Maladie subclinique– État dans lequel l'infection a causé une atteinte tissulaire,
mais avec absence de signes ou symptômes cliniques
• Maladie contagieuse– Transmission directe ou indirecte à partir d’une personne
infectée• Ex. L’influenza – La grippe
• Maladie transmissible– Transmission par des voies non naturelles à partir d’une
personne infectée• Ex. Intoxication alimentaire – S. aureus
603
202
Mesures des Fréquences d’une Maladie
• Incidence cumulative ou taux d’attaque
– Type d'incidence appliqué à une fraction de la population qui est observée pendant une période définie
– Mesure du risque de développer la maladie
– Mesure de la transmissibilité
604
IC = No de nouveaux cas de la maladie / Population à risque
Incidence Cumulative
• Numérateur : nouveaux cas
– Cas qui n’était pas préexistant à la période étant examinée
– Les cas ne sont pas nécessairement associés à différents individus
• Ex. Deux personnes ont eu la grippe = 2 cas
• Ex. Une personne a eu la grippe deux fois = 2 cas
• Dénominateur : personnes à risque
– Le nombre de personnes à risque est déterminé au début de la période de l’étude
605
Taux d’Attaque: Exemple 1
• En 2010, 5000 cas nouvellement diagnostiqués d'une maladie sont survenus dans une population de 100 000 habitants. Au début de l'année, il y avait au total 20 000 personnes atteintes de la maladie dans la ville. Notez que les survivants de la maladie acquièrent une immunité à vie.
– Quel est le taux d'attaque pour 2010 par 1 000 résidents?
606
203
Taux d’Attaque: Exemple 1
• Nombre de nouveaux cas en 2010
– 5 000
• Nombre de personnes à risque
– 100 000 – 20 000 cas préexistant = 80 000
• Taux d’attaque = (5 000/80 000) X 1 000
– = 62.5 cas/ 1 000 résidents
607
Taux d’Attaque: Exemple 2
• Lors d'un dépistage parmi 1 000 hommes âgés de 65 ans, 100 avaient des polypes du côlon. Au cours de la période de 10 ans qui a suivi, 200 autres hommes atteints de polypes du côlon ont été découverts.
– Quel est le risque d'un an parmi les hommes de 65 ans de développé des polypes du colon?
608
Taux d’Attaque: Exemple 2
• Nombre de nouveaux cas pour la période de 10 ans
– 200
• Nombre de personnes à risque
– 1 000 – 100 cas préexistant = 900
• Taux d’attaque = (200/900) = 0.22
– Le risque de développé des polypes = 22% ou 1/4.5 sur une période de 10 ans
609
204
Mesures des Fréquences d’une Maladie
• Prévalence :
– Mesure de la proportion d’une population qui est malade sur une période de temps
• Mesure de la pathogénicité
– Varie en fonction de
• L’incidence ou du taux d’attaque de la condition
• Durée moyenne de la condition– La durée est influencée par le taux de rétablissement et le
taux de mortalité
610
P = Cas totaux (nouveau + préexistant) / Population au point du milieu
Mesures des Fréquences d’une Maladie
• Prévalence ponctuelle
– Mesure de la proportion d’une population qui est malade à un point précis de temps
• Varie en fonction de– L’incidence ou du taux d’attaque de la condition
– Durée moyenne de la condition
» La durée est influencée par le taux de rétablissement et le taux de mortalité
611
P = Cas totaux (nouveau + préexistant) / Population au point ponctuel
Prévalence: Exemple 1
• En 2010, 5000 cas nouvellement diagnostiqués d'une maladie sont survenus dans une population de 100 000 habitants. Au début de l'année, il y avait 20 000 personnes atteintes de la maladie. Notez que les survivants de la maladie acquièrent une immunité à vie.
– Quel est la prévalence pour 2010 par 1 000 résidents?
612
205
Prévalence: Exemple 1
• Nombre de nouveaux cas en 2010– 5 000
• Nombre de cas préexistant en 2010– 20 000
• Nombre de cas totaux en 2010 – 25 000
• Population– 100 000
• Prévalence = (25 000/100 000) X 1 000– = 250 cas/ 1 000 résidents
613
Prévalence : Exemple 2
• Les données ci-dessus ont été récoltées à la fin de chaque année
• Calculer les prévalences de la maladie pour 10 000 personnes à la fin de 2005 et de 2003 - 2005
614
AnnéeCas de maladie
(1 000 personnes)Cas Décès
2003 29 202004 15 52005 61 19Total 105 44
Prévalence : Exemple 2
615
• 2005 (prévalence ponctuelle)– (61 cas – 19 décès)/ (1 000 personnes – 44 décès)
• = 0.04 X 10 000 = 400 cas / 10 000 personnes
• 2003-2005 (prévalence)– 105 cas / (1 000 personnes – 20 décès)
• = 0.11 cas X 10 000 = 1 100 cas / 10 000 personnes
206
Incidence Cumulative Vs Prévalence
• Cette figure représente 10 l’occurrence d’une maladie sur une période de 15 mois dans une population de 20 personnes. Chaque ligne horizontale représente une personne et la durée de la maladie
616
Calculer l’incidence cumulative et la prévalence / 1000 personnes pour la période d’oct. - sept
Cumulative Incidence Vs Prévalence
• Incidence cumulative– Numérateur = nombre de nouveau cas entre le 1er octobre et le 30
septembre; = 4 (les 6 autres avaient la maladie avant le 1er octobre et ne sont donc pas incluent)
– Dénominateur = 20 - 6 = 14; 6 étaient déjà malades est donc pas à risque durant la période
– Incidence Cumulative = (4 ⁄ 14) × 1000 = 286 nouveaux cas / 1000
• Prévalence– Numérateur inclut toute personne qui était malade durant la période;
10 personnes avaient la maladie durant la période
– Dénominateur est la population au point du milieu = 20 - 2 = 18; 2 sont décédés avant le point du milieu
– Prévalence = (10 ⁄ 20 -2) × 1000 = 556 cas / 1000
617
Mesures des Fréquences d’une Maladie
• Taux d’incidence
– Taux de l‘occurrence de cas de maladie
• Mesure la vitesse de propagation d'une maladie
• Mesure de l’infectivité– Probabilité d’un pathogène d’établir une infection
618
TI = (Nombre de nouveaux cas) / (Temps-personne à risque)
207
Calcul du Temps-Personne
• Temps-Personne: quantité de temps à risque que chaque personne contribue
– Si une personne développe la maladie au deuxième jour, elle contribue 1.5 jour-personne pendant laquelle elle est à risque
– Si une personne est à risque pendant 30 jours et ne contracte pas la maladie, elle contribue 30 jours-personnes à risque
– Combinées, ces deux personnes contribuent 31.5 jours-personnes à risque
619
Taux d’Incidence – Exemple 1
• Un suivi des cas d’anthrax est faite parmi une population à risque de 100 personnes sur une période de 2 mois. 12 personnes ont développé l’anthrax en septembre et 13 en octobre, quel est le taux d'incidence de l'anthrax par mois-personnes?
620
Exemple 1
• Temps-personne
– 12 personnes développe l’anthrax en septembre
• Donc 12 X 0.5 mois = 6 mois-personnes
– 13 personnes développe l’anthrax en octobre
• Donc 13 X 1.5 mois = 19.5 mois-personnes
– 75 personnes n’ont pas l’anthrax
• Donc 75 X 2 mois = 150 mois-personnes
– Total de mois-personnes à risque
• 6 + 19.5 + 150 = 175.5 mois-personnes
– TI = 25/175.5 = 0.14 cas/mois-personne621
208
Temps-Personne – Exemple 2
• Les cas d’une maladie ont été suivis sur une période de 5 ans dans une population de 100 personnes parmi lesquelles 30 étaient à risque. Quel est le nombre d’années-personnes à risque?
622
Annéed’étude
Nouveaux cas
1 2
2 0
3 1
4 0
5 3Nombre d’années-personnes = (2 X 0.5 an) + (1 X 2.5 ans) + (3 X 4.5 ans) + ((30-6) X 5 ans) = 137 a-p
Temps-Personne – Exemple 3
• Les cas d'ulcère duodénal a été examinée chez 14 sujets qui utilisaient un médicament
– 4 sujets ont commencé l'étude en janvier 1990
– En décembre 1994, 2 des sujets ont quitté l’étude
– 10 sujets se sont joints à l'étude en janvier 1995
– L’étude s’est terminée en décembre 1996
623
Nombre d’années-personnes = (2 X 5 ans) + (10 X 2 ans) + (2 pers. X 7 ans) = 44 a-p
Exemple 4
• L’occurrence d’une maladie chronique est suivie chez une population de 1 000 individus de janv. – avr. 2013. La prévalence de la maladie au début de l’étude était de 10%
– Calculer l’incidence cumulative, la prévalence et le taux d’incidence pour la durée de du suivi
624
Mois d’étude Cas totaux
j 112
f 125
m 150
a 200
209
Exemple 4
• Incidence cumulative
– Nombre de nouveaux cas : 200 - 100 = 100
– Personnes à risque: 1000 – 100 = 900
• IC = 100/900 = 0.11 ou 11%
• Prévalence pour 4 mois
– Nombre de cas : 200
– Population au point du milieu: 1000
• P = 200/1000 = 0.2 ou 20%
625
Exemple 4
• Taux d’incidence
– Nombre de nouveaux cas : 200 - 100 = 100
– Temps-Personnes à risque:
• (12 X 0.5) + ((25 – 12) X 1.5) + ((100 -25) X 2.5) + ((200-100) X 3.5) + ((900-200) x 4) = 3363 mois-personnes
• TI = 100/3363 m-p = 0.03 cas/m-p
626
Prédiction
627
• Le taux d’incidence peut être utilisé pour prédire le nombre de cas futurs
– Ex. L’incidence cumulative d’infections alimentaires chez les personnes qui consomment du sushi est 8% pour un mois. Si en moyenne 25% d’une population de 10 000 habitants consomment du sushi, combien de fois/année est-ce qu’une personne qui consomme du sushi serait prévue de contracter une infection alimentaire? Considérez qu’une infection alimentaire dure en moyenne 3 jours.
210
Solution
• Taux d’incidence:
– Nb de nouveaux cas pour un mois
• 0.08 (IC) X (10 000 X 0.25)(population à risque) = 200
– Nb de mois-personnes à risque
• (10 000 X 0.25)(population à risque) X (1 mois) – (200 X 3/30 mois)
• = 2500 – 20 = 2480 m-p
– T.I.= 200 cas/2480 m-p = 0.08 cas/mois-personne
• Donc 0.98 cas/année-personne
628
Mesures des Fréquences d’une Maladie
• Taux de Mortalité :
• Mesure de la virulence
Nombre de décès résultant d’une maladieNombre d’individus atteints de la maladie
629
Risque Relatif
• Rapport entre la probabilité de contracter une maladie quand ont est exposé à un facteur comparativement à quand ont n'est pas exposé à ce facteur
RR = (Incidence cumulative chez personnes exposées) (Incidence cumulative chez personnes non exposées)
RR = (Taux d’incidence chez personnes exposées) (Taux d’incidence chez personnes non exposées)
630
211
Risque Relatif - Exemple
• Dans une étude faite parmi 1 000 personnes, des chercheurs ont déterminé qui à été mordupar une tique et qui à dévéloppé la maladie de lyme
631
MorduMaladie de Lyme
OuiMaladie de Lyme
Non
Oui 400 200
Non 100 300
Risque relatif = (400 / 600) / (100 / 400) = (0.667/0.25) = 2.67
Interprétation du RR
• = 1 – Indique qu’il n’y a pas d’association
• > 1 – Indique une association positive
• < 1 – Indique une association négative– Ex.
• Si le RR = 5– Les gens qui ont été exposés sont 5 fois plus susceptibles d'avoir le
résultat comparativement aux personnes qui n'ont pas été exposées
• Si le RR = 0.5– Les gens qui sont exposés ont 2 fois moins de chances d’avoir le résultat
comparativement aux personnes qui n'ont pas été exposées
» Effet protecteur
• Si le RR = 1– Les gens qui ont été exposés ne sont pas plus ou moins susceptibles
d'avoir le résultat comparativement aux personnes qui n'ont pas été exposées
632
Taux de Reproduction de Base – R0
• Définition: Nombre de cas d’infections secondaires généré par une infection primaire dans une population susceptible– Si R0 <1: l'infection disparaîtra éventuellement
– Si R0> 1: l'infection continuera à se propager
• Facteurs qui influencent R0
– Risque d'infection lors de la rencontre entre un individu sensible et un individu infecté (IC)
– Fréquence de contacts entre les personnes sensibles et les personnes infectées (P)
– Durée de l’infectivité 633
212
Taux de Reproduction de Base – R0
634
Ebola Variole Rougeole
Immunité de Troupeau
• Proportion de personnes immunisées dans une population au-dessus duquel une maladie ne peut plus persister
– Seuil d’immunité
• R0 < 1
Seuil d’immunité
Susceptible
Infecté
Rétablie
635
Déterminer le Seuil d’immunité
• Combien de personnes doivent être vaccinées afin d'acquérir l'immunité de troupeau?
– Vc = (1−1/R0)/E
• Vc : Proportion minimum critique qui doit être vaccinée
• E : Pourcentage des individus vaccinés qui sont protégés (Mesure de l’efficacité du vaccin)
– Besoin de parvenir à un R0 ˂ 1
636
213
Détermination du Seuil d’immunité
• Exemple
– Une maladie donnée a un R0 de 3 et la vaccination offre une protection à 100%. Combien de personnes doivent être vaccinées afin d'acquérir l'immunité de troupeau?
– Vc = (1−1/R0)/E
– Vc = (1−1/3)/1
– Vc = (1−1/R0)/E
– Vc = 0.66; donc 66% doivent être immunisés
637
Source de l’Agent Infectieux
• Réservoirs inanimés
– Certains pathogènes se retrouvent principalement dans des habitats non vivants
– ex. Clostridium tetani; retrouvé dans le sol
• Réservoirs animés
– Le pathogène ne se retrouve pas habituellement dans des habitats non vivants
– ex. Virus; parasite obligatoire
638
Réservoirs Humains
• Porteur actif– Individu qui est atteint de la maladie et qui exprime les
symptômes qui y sont associés
• Porteur en incubation– Individus sains qui hébergent le pathogène– L'individu sera malade à une date ultérieure
• Porteur convalescent– Individu qui a récupéré de la maladie– N'exprime plus de symptômes– Héberge un grand nombre de pathogènes vivants
• Porteur sain– Individu n'a jamais été malade– Héberge le pathogène
639
214
Réservoirs Animales
• Porteur sain
– Ne cause pas de maladie chez l’animal
– Peut-être un résident de la flore naturelle
• Ex. E. coli, Salmonella
• Porteur malade
– Cause la maladie chez l’animal
– La maladie peut être transmise à l’homme
• Zoonose
– Maladie qui peut être transmise d’un animal à l’homme de façon naturelle
640
Contrôle du Réservoir
• Destruction du réservoir
– Animaux domestiques
• Ex. Tuberculose bovine, maladie de la vache folle
– Animaux sauvages (Très difficile)
• Rage, virus du Nil
– Humains (impossible)
– Réservoirs inanimés
• Élimination ou traitement possible– Ex. Traitement des eaux usées
641
Quarantaine
• Buts: – Éliminer/restreindre la propagation– Le but n’est pas de secourir les malades!
• Maladies pour lesquelles une entente internationale permet la mise en quarantaine : – Variole – Choléra – Peste– Fièvre jaune – Fièvre typhoïde – SARS
642
215
La Triade Épidémiologique
643
Agent
pathogène
Hôte Environnement
Caractéristiques:
Age
Réponse immune
Susceptibilité
Protection
Caractéristiques:
Climat
Structures physiques
Densité de la population
Structure social
Caractéristiques:
Virulence
Pouvoir survivre dans l’environnement
Susceptibilité aux antibiotiques
Interventions:
Éduqué
Immunisation
Interventions:
Assainissement
Retirer les aires de reproduction
Interventions:
Éducation
Quarantaine
Modifier les habitudes sociales
Maladie
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