Sciences de la Nature et de la Vie - Site Officiel · 2020. 4. 13. · Robert KOCH (1843-1910) a fondé, avec Pasteur, la science bactériologie médicale. Ils ont montré que Bacillus

Sciences de la Nature et de la Vie

2ème année licence (LMD)

Pr. Abdelkrim MEBARKIA

Année universitaire 2019-2020

Université Ferhat Abbas Sétif 1

الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية

والبحث العلميوزارة التعليم العالي

1 جامعة فرحات عباس، سطيف

Cours de Microbiologie Générale

2

Chapitre I

Le monde microbien

1. Historique

L’utilisation empirique des micro-organismes dans la fabrication du pain et des

boissons alcoolisées remonte à plusieurs milliers d’années. Durant la même

période, l’humanité a subi régulièrement des épidémies ravageuses d’origine

microbienne sans jamais réussir à les contrôler, ni à établir leur nature. Mais

l’existence d’organismes vivants invisibles et leur implication dans les maladies

humaines avaient déjà été soupçonnées et suggérées par le philosophe romain

LUCRECE, il y’a déjà 21 siècles.

L’histoire des micro-organismes remonte à leur première observation par

l’homme, réalisée en 1667 par Antoni Von LEEUWENHOEK à l’aide d’un

microscope rudimentaire. Devenu naturaliste par passion, après avoir été apprenti

drapier. Antoni Von LEEUWENHOEK réussit à observer et à décrire quasiment

tous les types de micro-organismes, qualifiés d’animacules en raison de leur

mobilité. Les deux siècles qui suivirent allaient être dominés par « la guerre des

bouillants » que se livrait partisans et adversaires de « la théorie de la génération

spontanée ». Le philosophe ARISTOTE défendait cette théorie et croyait que les

organismes vivant naissaient de végétaux et d’animaux en décomposition grâce à

une mystérieuse force vitale. Le concept de la génération spontanée resta très ancré

dans les esprits jusqu’en 1861 ou le chimiste Louis PASTEUR, partisan de la

biogénèse prit en charge cette question.

Le génie de Louis PASTEUR (1822-1895) a marqué son temps par la description

du fermant lactique comme étant un organisme vivant plus petit que la levure

(1857), puis par ses travaux concernant la fermentation alcoolique, butyrique et

acétique. D’autres découvertes de PASTEUR ont marqué cette époque telle que le

procédé de Pasteurisation, le renvoi de la théorie de génération spontanée et la

notion de maladies infectieuses.

La microbiologie est devenue une science à part entière, lorsqu’on a réussi à

obtenir des cultures pures, la fabrication de microscopes plus puissants et

3

l’élaboration de colorations spécifiques. La relation directe entre une bactérie et une

maladie a été démontrée par le médecin allemand Robert KOCH en étudiant la

tuberculose et son agent Mycobacterium tuberculosis.

Robert KOCH (1843-1910) a fondé, avec Pasteur, la science bactériologie

médicale. Ils ont montré que Bacillus anthracis est l’agent responsable de la maladie

de charbon. Depuis alors, KOCH a énoncé ces postulats, règles générales mais

indispensables pour dire qu’un microorganisme est responsable d’une maladie.

La mise au point du procédé de l’asepsie en 1865 par Joseph LISTER, la Thyndal-

lisation en 1877 (THYNDALL) puis la naissance de la vaccination en 1881 suite aux

travaux de PASTEUR, l’emploi de l’agar (HESS en 1882 et l’utilisation des boites de

Pétri ont permis à la bactériologie de s’enrichir de beaucoup d’autres découvertes.

L’ère et la naissance de la virologie en 1892 étaient marquées par la découverte

de IWANOWSKI qui a montré que la mosaïque du tabac était un agent filtrant

différent des bactéries, le virus. Suite au développement de la biotechnologie, la

période moderne est marquée par plusieurs découvertes successives, notamment

dans le domaine de la génétique. La transformation des Pneumoccoques observée

par GRIFFITH en 1928 était complétée est confirmée en 1944 par AVERY, Mac

LEOD et Mac CARTY en montrant que l’ADN est le support de ce phénomène.

La recombinaison génétique, décrite en 1946 par LEDERBERG et TATUM, puis

la transduction en 1952 par ZINDER et LEDERBERG, sont suivies en 1953 par la

mise au point de la conformation spatiale de l’ADN par CRICK et WATSON. Un an

après, ces mêmes auteurs avec Gamow ont lancé la théorie du code génétique. La

manipulation rendue facile en microbiologie et la convergence entre la biochimie et

la génétique ont permis la naissance de la biologie moléculaire.

Le génie génétique et la biotechnologie marquent sans aucun doute notre

période actuelle. Ils sont l’instrument utilisé dans l’évolution de nombreux

domaines, agricole, industriel, médicale, pharmacologique…etc. Le tableau 1,

résume la chronologie historique des principales étapes d’évolution de la

microbiologie.

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Tableau 1. Chronologie des principales étapes d’évolution de la microbiologie

et ses applications

Périodes Evénements marquants

1667 VON LEEUWENHOEK découvre le monde des microorganismes par leur observation directe.

1668 BONOMO démontre l’implication d’un microorganisme comme agent causal et de transmission de Galle.

1798 JENNER réalise une vaccination contre la variole.

1835 SCHWAN, KUTZIN et CAGNIARD-LATOUR découvrent la nature biologique des fermentations. SCHWAN et d’autres auteurs démontrent l’inexistence de la génération spontanée.

1850 RAYER et DAVAINE découvrent l’agent de la maladie du charbon épidémique.

1857-86 PASTEUR établit la nature des fermentations lactique, éthylique et butyrique, découverte de l’existence de microorganismes dans l’atmosphère, mise au point de la Pasteurisation, découverte du principe de l’immunisation par des cultures bactriennes atténuées, pratique de la vaccination anti-charbonneuse en public, pratique du vaccin contre la rage.

1885 LISTER pratique l’antisepsie chirurgicale et l’asepsie

1876-84 KOCH énonce les principes méthodologiques de la bactériologie médicale et découvre la spécificité hôte/parasite, mise au point des cultures bactériennes pures, découverte de l’origine infectieuses et des bactéries agents de la tuberculose et du choléra.

1877 CHAMBERLAIN met au point, avec PASTEUR le principe de l’autoclave.

1877 TYNDALL découvre les spores, leur thermo résistance et met au point la Tyndallisation.

1880-95 WINOGRADSKY découvre la nature microbienne de la nitrification et les bactéries fixatrices d’azote.

1884 GRAM met au point la coloration différentielle des bactéries, selon la nature de leurs parois.

1888-01 BEIJERINCK découvre les bactéries fixatrices d’azote moléculaire et leurs relations symbiotiques avec les légumineuses, découvre des bactéries sulfato-réductrices.

1892 IWANOVSKY découvre la nature virale de la mosaïque du tabac.

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2. Place des microorganismes dans le monde vivant

Depuis leurs découvertes dans le monde vivant, il existe plusieurs classifications, plus

ou moins satisfaisantes, des organismes vivants qui selon le cas sont répartis sur la

base de différents critères.

- Classification de LINNE

Le botaniste suédois Carl Van LINNE (1735), élabora une première classification des

organismes vivants en deux règnes Plantae et Animalia. En 1857, Karl Van NAGELI

proposa de classer les bactéries dans le règne des Plantes.

- Classification de HAECKEL

En 1866, E. HAECKEL divise le monde vivant en trois règnes, le règne animal, le règne

végétal et le règne des protistes qui rassemble les algues, les protozoaires, les

champignons et les bactéries.

- Classification de MURRAY

En 1968, R.G.E MURRAY dans la continuité du travail d’Edward CHATTON, divise

le monde vivant en deux règnes, celui des eucaryotes et celui des procaryotes ou

« Monera ». Ainsi, au sein du règne des procaryotes, R.G.E MURRAY distinguait 4

divisions retrouvées dans le manuel de BERGEY :

La division des Gracilicutes, regroupant les bactéries à Gram négatif.

La division des Firmicutes, regroupant les bactéries à Gram positif.

La division des Tenericutes, regroupant les bactéries dépourvues de paroi.

La division des Mendosicutes, regroupant les Archaebactéries.

- Classification de WHITTAKER

En 1969, R.H. décrit une classification à cinq règnes. Quatre règnes eucaryotes

(Animal, Végétal, Champignons et Protistes). Le règne des monères (procaryotes). Bien

qu’elles ne peuvent s’accorder, les deux classifications d’E.CHATTON et R.H.

WHITTAKER ont existé simultanément pendant une longue période.

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- Classification de WOESE

Le développement des techniques de biologie moléculaire a permis de caractériser

les gènes qui codent pour les ARN ribosomaux (ARNr). En comparant une

multitude de séquences d’ARNr 16S, appartenant à divers organismes vivants, il est

arrivé à diviser les organismes vivants en trois domaines (Figure 1). Le domaine des

Bacteria ou Eubacteria, le domaine des Archaea et le domaine des Eucarya (animaux,

plantes, mycètes et protistes).

La classification contemporaine est résumée dans la figure suivante :

Figure 1 : Classification biologique contemporaine des organismes vivants

3. Caractéristiques générales des protistes

La diversité structurale et morphologique des protistes s’exprime par une

organisation biologique et cellulaire différente de celles des autres organismes

vivants. Les protistes se présentent selon trois types différents d’organisation

biologique de l’individu.

- Protistes unicellulaires

C’est le cas de la plupart des protistes, dont les bactéries, les protozoaires, les levures

et de nombreux algues. Chaque individu est constitué d’une cellule unique qui se

suffit à elle-même et constitue un organisme complet et autonome, donc doué de

toutes les fonctions de la vie.

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- Protistes pluricellulaires

Ce sont principalement les champignons certaines algues et quelques bactéries qui

sont des organismes formés de plusieurs cellules (pluricellulaires ou multicellulaire).

Mais dans un même organisme, leurs cellules sont équivalentes et ne montrent pas de

différenciation fonctionnelle ou morphologique significative.

- Protistes coénocytiques

Ces organismes qui peuvent être de grande taille, se composent d’une masse

cytoplasmique importante où baignent en même temps plusieurs noyaux, sans

cloisonnement entre eux. C’est principalement le cas des champignons inférieurs et de

quelques algues. Sur la base de la spécificité de la structure cellulaire qui est

différentes, les protistes sont subdivisés en deux grands groupes : Les protistes

eucaryotes (protistes supérieurs) et les protistes procaryotes (protistes inférieurs).

3.1. Distinction entre les cellules eucaryotes et procaryotes

Grace à l’invention du microscope électronique en 1937, Edward CHATTON mis en

opposition deux types de cellules, la cellule eucaryote (noyau est entouré d’une

membrane et qui renferme des organites cellulaires) et la cellule procaryote (noyau

sans membrane et dont l’organisation est très simple). En 1938, H.F. COPELAND,

sépare le règne des bactéries ou « Monera » de celui des protistes. Cette définition des

procaryotes fut renforcée en 1961 par R. STANIER (Figure 2).

Figure 2 : Représentation schématique des cellules eucaryotes et procaryotes.

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De plus, le tableau 1 résume les différences existant entre les cellules eucaryotes et

procaryotes.

Tableau 1 : Principaux caractères des cellules eucaryotes et procaryotes

9

Chapitre II

Classification bactérienne

La systématique est la science des classifications des organismes vivants, en classes et

en groupes distincts au travers de leurs ressemblances, de leurs différences et des

relations qui existent entre eux. Elle regroupe trois disciplines différentes : la

classification, la nomenclature et l’identification.

- Classification

La classification ou taxonomie (taxinomie du grec taxis : arrangement) a pour objet de

classer les êtres vivants de façon hiérarchisée au sein de groupes appelés taxons ou

phylons. La taxonomie microbienne est en perpétuelle évolution. Chaque année, de

nouvelles espèces sont découvertes. A l’heure actuelle, on connait 10 à 15 % des

microorganismes existant. Ce constat est dû à notre incapacité de les isoler et de les

cultiver. Cette dernier est nécessaire pour toute étude taxonomique ou identification

d’un agent infectieux.

- Nomenclature

La nomenclature est l’ensemble de règles qui permet de nommer les taxons de façon

non ambigüe et en adéquation avec les niveaux hiérarchiques de la classification en

cours (code international de nomenclature bactérienne).

- Identification

L’identification ou détermination permet d’intégrer des souches bactériennes

inconnues à l’un des taxons, préalablement définis sur la base de la comparaison de

leurs caractères spécifiques respectifs. Ceci pour mieux les utiliser ou les exploiter

(espèces bénéfiques) ou bien pour mieux s’en protéger et de les contrôler (espèces

pathogènes). Le tableau 2 regroupe les différents rangs et catégories taxonomiques.

10

Tableau 2 : Rangs et catégories taxonomiques des espèces

Cours de microbiologie générale, 2éme Année, SNV

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Il ne faut pas confondre classification et identification des microorganismes. Ainsi, une

étude de classification permet de sélectionner une liste de caractéristique et une approche

qui facilitera l’identification par divers techniques. Ces dernières sont plus simples et

rapide à faire au laboratoire. De ce fait, plusieurs méthodes ont été développées pour la

classification et l’identification des microorganismes. On distingue, trois types de

systèmes de classification.

1. Systèmes de classification

1.1.Classification phénétique ou phénotypique

Toute la taxonomie bactérienne reposait sur une classification phénétique ou

phénotypique proposée par COHN en 1872. Elle est basée sur une clé qui regroupe une

même propriété phénétique : physiologique ou métabolique. La définition de chaque

espèce en bactériologie se base sur un certain nombre de caractères tels que la

morphologie, l'habitat, le pouvoir pathogène, la capacité à sporuler et l'existence de

caractères biochimiques divers jugés essentiels, aisément reconnaissable par sa présence

(+) ou son absence (-). A cet effet, plusieurs tests sont préconisés : Test métaboliques

(recherche d’enzyme, urée…etc.), sérologique (réaction spécifique antigène, anticorps),

inhibition (croissance des microorganismes en présence d’antibiotiques), chimio

taxonomie (détermine le profil d’acide gras des parois, des protéines totales), lysotopie

(infection par des bactériophages). Ainsi, une approche nommée taxinomie numérique a

été appliquée par SNEATH en 1957, afin d’évaluer la ressemblance entre les souches en

calculant l’indice numérique, l’indice de JACQUARD. Cependant, ce type de critères

rendent instable cette classification qui n'a que peu de chances d'être cohérente en

regard des critères phylogénétiques.

1.2.Classification phylogénique

Cette classification désigne (du grec, phylon : race et genesis : génération). Elle est appliquée

aux organismes supérieurs et se basent sur l’existence d’espèces clairement identifiées,

qui à partir d’un ancêtre commun ont évolué différemment.

Dans la taxonomie classique, l’étude des phénotypes ne donne qu’une information

incomplète : les caractères morphologiques, biochimiques, sérologiques…etc. ne

traduisent qu’une faible proportion du génome. C’est pourquoi une approche génétique


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est nécessaire en taxonomie bactérienne. Elle concerne la nature physico-chimique du

génome bactérien. A cet effet, la mise au point de méthodes moléculaires a grandement

amélioré la capacité de déceler, d'identifier et de classer les micro-organismes

rapidement et aussi d'établir la relation taxonomique entre les genres et les espèces

étroitement apparentées.

1.3. Classification de BERGEY’s Manual

Malgré les problèmes posés par la classification des bactéries, il existe des travaux en ce

domaine dont le plus remarquable est le BERGEY’s Manual of Systematic Bacteriology,

proposé dès 1923, avec pour objectif initial le regroupement des espèces bactériennes

connues de manière à faciliter l’identification d’organismes inconnus (tableau 3).

Tableau 3 : Méthodes et critères utilisées pour classer et/ou identifier les bactéries

selon Bergey’s Manual

Méthodes ou critères Classifications Identifications

Caractéristiques morphologiques Non (Oui pour Cyanobactérie) Oui

Coloration différentielle Oui (paroi cellulaire) Oui

Tests biochimiques Non Oui

Sérologie Non Oui

Typage bactériophage Non Oui

Profiles d’acides gras Non Oui

Cytométrie en flux Non Oui

Composition en bases d’ADN Oui Non

Empreintes génétiques d’ADN Non Oui

Séquences d’ARNr Oui Non

PCR Oui Oui

Hybridation d’acides nucléiques Oui Oui

(sondes d'ADN

puces à ADN)

La classification du BERGEY’s Manual est, depuis régulièrement remaniée par

l’intégration progressive de données taxonomiques nouvellement acquises et son

autorité est universellement reconnues. En effet, de nombreux taxons réunis par le


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BERGEY’s Manual, sur la base de propriétés phénétiques, se sont révélés génétiquement

peu ou pas apparentés.

Plusieurs volumes et éditions sont publiés. Paru en 1980, l’ouvrage "Bactériologie

Systématique" a pris en considération les relations entre les organismes pour classer les

bactéries. Depuis 1984, ce nouveau style a été repris pour un ensemble de quatre

volumes. Un exemple de la classification des bactéries Gram+ et Gram- est représenté

dans le tableau 4.

Tableau 4 : Classification des bactéries Gram+ et Gram-

2. Méthodes de taxonomie

La taxonomie classique est basée sur l’étude des caractères morphologiques et

structuraux des bactéries, ainsi que sur leur profil métabolique. Elle a constitué pendant

longtemps le seul outil des taxonomistes et reste aujourd’hui encore d’un apport

significatif mais insuffisant pour établir une classification naturelle des bactéries.

Parallèlement, se sont développées d’autres méthodes de taxonomie bactérienne.


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La taxonomie génétique fait appel à des techniques d’analyses modernes bien plus fiables

qui permettent d’obtenir des données capables d’établir objectivement le degré de

parenté génomique et les filiations phylogénétiques entre les différents groupes de

bactéries. Leur traitement par la taxonomie numérique, en particulier, a révolutionné la

taxonomie bactérienne.

2.1. Taxonomie génétique

Généralement, c’est l'ARNr 16S et 5S qui sont utilisés. Ils réunissent des propriétés

idéales pour les études phylogénétiques en bactériologie. Ils sont assez longs, leur

présence est universelle et leurs fonctions sont conservées. Par ailleurs, la taille du

génome, le coefficient de Chargaff, le taux d’hybridation ADN/ADN et sont recherchés.

2.1.1. Taille du génome

Elle est déterminée par le poids moléculaire (PM) de l’ADN bactérien qui varie de 1.109

Da à 8.109 Da de poids moléculaire. Ce PM peut fluctuer de 8% au sein d’une même

espèce, alors que ses variations peuvent atteindre 50% entre différentes espèces.

2.1.2. Le coefficient de Chargaff ou GC %

Cette technique est basée sur l’évaluation quantitative des deux groupes de bases

azotées (GC et AT) en spectrophotométrie à UV (260 nm). Il peut être calculer suite à un

séquençage par la formule suivante :

(G+C/A+T+G+C) x 100.

Le coefficient GC% égal au nombre de couples (guanine + cytosine) pour 100 couples de

bases dans l’ADN de la bactérie étudiée. Chez les bactéries, le GC% varie de 30 à 75%.

Ainsi, pour que deux souches soient considérées comme appartenant à la même espèce,

il faut que la différence entre les GC% de leur ADN soit inférieur à 5%. Enfin, les règles

d’interprétations du GC% :

2 espèces microbiennes ayants des GC% différents n’ont aucune communauté

génétique.

2 espèces microbiennes ayants les mêmes séquences nucléotidiques ont

nécessairement le même GC%.

2 espèces microbiennes ayants le même GC% peuvent génétiquement éloignées.

Les bactéries appartenant à la même espèce ont le même GC%.


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2.1.3. Hybridation ADN / ADN

Le chauffage d’un ADN bicaténaire donne deux brins homologues à séquences

complémentaires : c’est la dénaturation. Cependant, un refroidissement entraine un ré

appariement des deux brins d’ADN : c’est la renaturation in vitro. Ainsi, si on mélange

deux ADN provenant de deux espèces bactériennes, l’ADN monobrin d’une espèce

peut éventuellement se réassocier avec le monobrin issu de la deuxième bactérie pour

former un ADN bicaténaire hybride : c’est l’hybridation.

Plus de deux espèces sont proches génétiquement, c’est-à-dire, plus leurs séquences de

bases se ressemblent (degré d’homologie important) plus il est facile de former des

ADN hybrides. De ce fait, on distingue trois types d’applications :

- Homologie ADN/ADN à Tor

La renaturation (hybridation) de l’ADN est maximale à une température définie appelée

« température optimum de renaturation (Tor) », inférieure de 25 à 30°C à la température de

dénaturation. A Tor, l’homologie : c’est-à-dire le pourcentage des bases appariés par

rapport aux bases totales, est de 70 à 100% entre souches appartenant à la même espèce,

il varie de 0 à 60% pour des souches d’espèces différentes.

- Stabilité thermique des hybrides

Elle est donnée par le paramètre Tm(e) (Thermal elution midpoint) qui est la température

de dénaturation de 50% de l’hybride. La comparaison des Tm(e), obtenues

respectivement dans des réactions d’hybridation homologues (AxA’) prises comme

témoins et des réactions d’hybridation hétérologues (AxB), permet d’obtenir une

estimation précise de la stabilité thermique des hybrides hétérologues.

Ainsi, les souches appartenant à une même espèce bactérienne ont des ΔTm (e)

comprise entre 1 et 5°C, soit aux environs de 5% de bases non appariées, alors que des

souches d’espèces différentes présentent des ΔTm (e) situées entre 8 et 20 °C.

- Homologie ADN/ADN à Trr

La température fixée de 10 à 15°C en dessous de la température de dénaturation (75%

pour les Entérobactéries), est appelée « température restrictive de renaturation » ou Trr

(stringent temperature). Elle permet de déceler les ADN hybrides mais en fait mal

appariés car sans réel homologie, en défavorisant justement leur hybridation.


16

A Trr, les souches d’une même espèce bactérienne ont une homologie ADN/ADN de 55

à 100%, alors que cette homologie est égale ou inférieure à 50% pour des souches

d’espèces différentes. Malgré son manque de reproductibilité, c’est une approche qui

reste utile pour différencier des souches présentant des homologies ADN/ADN non

significatives entre 60 à 70%.

En somme, l’application des mesures d’homologie génétique ADN/ADN a bouleversé

la taxonomie bactérienne. De ce fait, chez les Enterobacteriaceae, famille comprenant

plus d’une centaine d’espèces, il a été établi que les genres Shigella et Escherichia

forment génétiquement la même espèce. De même que les genres Salmonella et Arizona

2.1.4. Séquençage des ARNr

WOESE considère les ARNr comme l’horloge moléculaire la mieux indiquée. L’ARNr,

associé à des protéines, compose les ribosomes qui ont la charge de synthétiser les

protéines cellulaires. Il se différencie en trois types caractérisés par leurs coefficients de

sédimentation différents : l’ARNr 16S (1.500 nucléotides), l’ARNr 23S (2.900

nucléotides) et l’ARNr 5S (150 nucléotides).

Ces ARNr ont été utilisés comme marqueurs taxonomiques moléculaires privilégiés

parce qu’ils possèdent des caractères spécifiquement adaptés à ces études : rôle central

et unique dans le transfert et l’expression de l’information génomique et par conséquent

dans la synthèse des protéines.

Ainsi, on peut purifier l’ADN génomique (chromosome bactérien) et utiliser l’ACP

(amplification en chaine par polymérase) /PCR (en anglais).

C’est une technique qui permet de multiplier l’ADN codant pour l’ARNr 16S pour

l’analyser par électrophorèse et le séquencer base par base. A partir d’une copie on peut

obtenir 1 million de copies.

Plus de 97,5% d’homologie : même genre ; pour l’espèce possibilité de faire des

hybridations ADN/ADN.

Entre 90 et 97,5% d’homologie : espèces différentes, a priori même genre, à

conforter par chimio taxonomie.

Moins de 90%d’homologie : genres différents.


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2.2. Taxonomie numérique

La taxonomie numérique ou taxométrie ou taxonomie andansonienne (du nom

d’ADANSON) est une approche quantitative rendue possible grâce à la puissance des

ordinateurs car elle implique un volume de calcul considérable. Elle est basée sur la

comparaison de caractères de différentes natures : morphologique, physiologique,

génétique, appartenant à des souches prises deux à deux.

Les distances taxonomiques entre deux organismes sont exprimées par un « coefficient de

similitude », calculé de diverses manières, selon le choix des caractères sélectionnés et le

codage et le traitement appliqués aux données recueillies, par l’indice de JACCARD-

SNEATH, donné par la relation suivante :

SAB = nS+ / nS+ + nd

SAB : Coefficient de similitude entre la souche A et la souche B

nS+ : Nombre de caractères similaires

nd : Nombre de caractères différents pour donner une valeur significative à l’étude.

Les résultats de l’analyse taxonomique numérique sont souvent exprimés sous la forme

d’un diagramme ramifié analogue à un arbre. C’est un dendrogramme où les

organismes ayant la plus grande similitude sont groupés ensembles appelés « phénons ».

En général, on estime, qu’au-delà de 80% de similitude de phénons peuvent être

assimilés à une même espèce. Ainsi, selon le résultat de la comparaison, l'arbre

phylogénétique le plus probable est déduit (Figure 3).


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Figure 3 : Arbre phylogénique universel


19

Chapitre III

La cellule bactérienne

1. Techniques d’observation de la cellule

L’observation des cellules bactériennes aux différents types de microscope, à savoir :

Microscope optique (à l’état frais et après coloration) ; Microscope électronique (après

fixation, cryofracture) ; Autres microscopes (microscope à fluorescence, confocale).

2. Morphologie cellulaire

Les bactéries sont des organismes unicellulaires procaryotes, autonomes qui ne forment

ni mycelium ni filament. Elles n’ont pas de noyau et leur génome est le plus petit des

cellules vivantes (Figure 4). Elles se présentent sous des formes et des tailles diverses,

génétiquement déterminées et caractéristiques de l’espèce (Figure 5). Cette variété

morphologique est cependant marquée par des formes plus ou moins affirmées.

Figure 4 : Représentation schématique de la structure cellulaire des bactéries


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Bactéries de forme sphérique, appelées : Cocci (isolées, en chainette, en amas) :

Staphylocoque, Streptocoque…etc.

Bactéries de forme bâtonnet, appelées : bacille (isolée, en chainette ou en amas, de

longueur et de diamètre variables) : E. coli, Salmonella, Bacillus…etc.

Bactéries de forme hélicoïdale ou spiralée appelées : spirilles (cellule rigide),

spirochète (cellule flexible) : Treponema…etc.

Bactéries en forme de virgule (vibrions), en bourgeons (cellules à extension

tubulaire) et en pléomorphe (forme variable).

Bactéries de forme filamenteuses se rapprochant des moisissures, appelées :

moisissures

Figure 5 : Différentes formes schématiques bactériennes. (A) bacilles (B) coccobacilles (C) bacilles fusiformes (D) vibrios (E) cocci isolés (F) diplocoques (G) sarcines (H) cocci en grappes (Staphylocoques) (I) cocci en chaînettes (Streptocoques) (J) spirochètes (K) spirilles


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En moyenne la taille des bactéries se situe entre 1 et 10 µm, les plus petites ont une

taille d’environ 0,2 µm (Chlamydia), les plus longues peuvent atteindre 250 µm

(Spirochètes).

Les cellules bactériennes possèdent, selon les espèces, des éléments constants et des

éléments non constants (Tableau 5).

Tableau 5 : Eléments constants et non constants des bactéries

Eléments constants Eléments non constants

Paroi

Membrane plasmique

cytoplasme

Périplasme (espace périplasmique)

Ribosomes

Polysomes

Appareil nucléaire (chromosome)

Capsule

Plasmide

Vacuole à gaz (bactéries aquatiques)

Inclusions de réserves

Pili (fimbriae)

Flagelles (cils)

Chromatophore (B+ photosynthétiques)

Endospore (bactéries sporulant) Mésosome

(rôle incertain)

2.1. Éléments constants des bactéries

2.1.1. Paroi

La paroi constitue l’enveloppe externe des bactéries. A l’exception des Mycoplasmes, elle

est présente chez toutes les bactéries dont elle assure la forme et la rigidité. Elle est aussi

responsable de la protection physique de membrane cytoplasmique sous-jacente.

L’originalité de la paroi des Eubactéries réside dans la composition et la structure

chimique du complexe macromoléculaire, appelé : peptidoglycane, muréine ou mucopeptide.

Elle contient également d’autres constituants qui varient selon les espèces tels que,

lipolysaccharide.

a. Composition chimique

Principaux constituants chimiques présents dans la paroi des bactéries Gram

positives et Gram négatives :


22

- Peptidoglycane

C’est un composé macromoléculaire de composition chimique complexe et de structure

régulière. Il est formé d'une partie glucidique (polysaccharide) et d'une partie peptidique.

Osamines : (NAG) N-acétyl glucosamine, spécifique des parois bactériennes,

et (NAM) Acide N-acétyl muramique. De ce fait, (NAG) et (NAM) sont liés par des

liaisons osidiques ß (1-4). Cette liaison peut être hydrolysée par le lysozyme (Figure 4).

Figure 4 : Structure chimique N-acétyl glucosamine et l’acide N-acétyl muramique

Acides aminés : 4 acides aminés majeurs «D-alanine, L-alanine, acide

glutamique, L-lysine, acide diaminopimélique (DAP)» forment des ponts tétra-

peptides reliant les NAM entre eux (Figure 5).

Figure 5 : représentation du pont peptidique entre deux molécules de

peptidoglycane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_osidique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lysozyme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Alanine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_glutamique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_glutamique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lysine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_diaminopim%C3%A9lique


23

- Acides teïchoiques et lipoteïchoiques (polymères de polyribitol

phosphate ou polyglycérol phosphate). Les acides qui sont ancrés directement dans

la membrane plasmique par l'intermédiaire d'une partie lipidique portent le nom

d'acides lipotéchoïques.

Enfin, on note que chez les bactéries Gram négatives, il n’y a pas d’acides teïchoiques ou

lipoteïchoiques (Figure 6). Une bactérie Gram positive qui perd son peptidoglycane

(par action d'antibiotique ou du lysozyme), donne naissance à un protoplaste. Ces

derniers ne possèdent plus les propriétés antigéniques des bactéries, ne se divisent

plus, ne fixent plus les bactériophages et sont incapables de mobilité. Les bactéries

Gram négatives prennent une forme sphérique appelée spheroplaste. Ces dernières

conservent toutes les propriétés initiales des bactéries.

24


A B Figure 6 : Structure de la paroi des bactéries : (A) Gram positives (B) Gram négatives

Cours de microbiologie générale, 2éme Année - SNV

25

b. Structure moléculaire

Le peptidoglycane, composé commun dans les parois des bactéries Gram (+) et (-),

est composé de motifs glucidiques et peptidiques qui sont de longues chaines

répétitives montrant une alternance NAG ~ NAM.

La membrane externe de la paroi des bactéries Gram négatives est liée à la couche de

peptidoglycane par la lipoprotéine de Braun. Elle est formée d’une bicouche dont

seule la partie inférieure est phospholipidique. La partie supérieure est constituée de

lipopolysaccharide (LPS). Ce dernier comprend :

- Une partie lipidique (lipide A) qui comporte une activité toxique, liée à un

polysaccharide central « core » qui porte des chaînes de 3 à 6 sucres tournées vers

l’extérieur, appelées « antigène O ».

A cause du pouvoir toxique du lipide A, le LPS est considéré comme « ENDOTOXINE ».

c. Fonction

Le rôle de la paroi bactérienne se résume dans les points suivants :

- Maintien de la forme de la bactérie.

- Protection contre la pression osmotique intracellulaire, à forte

concentration en métabolites à l’intérieur de la cellule, l’eau rentre.

- Propriétés antigéniques :

Chez les bactéries Gram (+) : peptidoglycane + acides teïchoiques et

lipoteïchoiques + polyoside.

Chez les bactéries Gram (-) : les antigènes O du LPS

- Permettre la fixation des bactériophages : reconnaissance des récepteurs

localisés sur le peptidoglycane des bactéries Gram (+) ou la membrane externe des

bactéries Gram (-). Cette propriété est utilisée pour l’identification de certaines

bactéries : c’est la lysotypie.

- Participer à la mobilité : En effet, les flagelles sont implantés dans la

membrane cytoplasmique mais ne peuvent pas fonctionner en absence de

peptidoglycane (immobilité des protoplastes)


26

- Toxicité : Chez les bactéries Gram (-), le LPS est une endotoxine (effet

toxique porté par le lipide A) qui peut donner de la fièvre et des lésions.

- Perméabilité : La paroi laisse passer de petites molécules comme l’eau,

les sels minéraux ou des métabolites simples. Par contre, elle est plus ou moins

perméable à certains solvants (exemple l’alcool. cf coloration de Gram).

d. Parois bactériennes particulières

Certains groupes bactériens possèdent des parois très différentes de celles des

bactéries Gram (+) et Gram (-), c’est le cas notamment des Archeobactéries et des

Mycobactéries.

- Chez les Archaobacteries, la paroi a une structure et une composition

très différentes des Eubactéries. Cependant, elle peut être colorée par la méthode de

Gram et apparaisse soit Gram (+), soit Gram (-) en fonction de sa structure.

Celles qui apparaissent Gram (+) ont une paroi avec une couche épaisse et homogène

de pseudomuréine (analogue du peptidoglycane mais différente de celle des

Eubactéries).

La pseudomuréine contient des acides aminés de la série L seulement, l’acide N-

acétyltalosaminuronique et pas de NAM et des liaisons osidiques 1-3 à la place de

1-4 (Figure 7).

Figure 7 : Structure chimique de la pseudomuréine des archéobactéries


27

Celles qui apparaissent Gram (-) n’ont pas de membrane externe ni de

peptidoglycane, mais elles possèdent une couche superficielle de sous-unités

protéiques ou lipoprotéiques.

- Les Mycobactéries sont des bacilles légèrement incurvés, se multipliant

très lentement. Leur paroi est très riche en lipides et contient des cires : acides gras en

C60 (acides mycoliques), qui empêchent de « prendre » la coloration de Gram.

Ces bactéries sont dites : BAAR : bacilles acido-alcoolo-résistants, elles sont appelées

aussi « bactéries sans paroi », telles que : Mycobacterium bovis, M. tuberculosis, M. leprea.

e. Coloration de Gram

Christian GRAM découvrit, de manière fortuite en 1884, qu’après leur coloration au

cristal violet, certaines bactéries sont décolorées par un traitement aux solvant

organiques, alors que d’autres restent insensibles à cette décoloration. En fait, c’est

une coloration différentielle basée sur les caractéristiques de perméabilité de la paroi

bactérienne. Ainsi, les bactéries dites Gram positives, colorées préalablement, ne sont

pas perméables à l’alcool et gardent leur première coloration. Par ailleurs, les

bactéries dites Gram négatives sont perméables à l’alcool et sont recolorées après leur

décoloration suite à l’action de l’alcool. En somme, la réaction des bactéries à la

coloration de GRAM s’est imposée, comme un caractère taxonomique fondamental.

2.1.2. Espace périplasmique

L’espace périplasmique contient des enzymes qui participent à la nutrition

(hydrolases) et des protéines impliquées dans le transport de molécules à l’intérieur

de la cellule. Les bactéries Gram (+) excrètent les enzymes hors de la cellule (exo-

enzymes).

2.1.3. Membrane plasmique

a. Composition chimique et structure moléculaire

Deux techniques sont largement utilisées pour l’étude des membranes plasmiques,

l’expérience de plasmolyse en milieu hypertonique et l’observation en microscope

électronique.


28

La membrane plasmique des bactéries est une structure flexible et

dynamique. Elle est organisée en bicouche asymétrique, avec un côté polaire

hydrophile et un autre non polaire hydrophobe ce qui lui confère un

caractère amphipatique.

La membrane plasmique possède le même type de structure que celle d’une

cellule eucaryote (bicouche phospholipidique) mais avec moins de glucides et

dépourvue de stérols, comme le cholestérol, à l’exception des Mycoplasmes

(Figure 8).

Figure 8 : Modèle de la mosaïque fluide de la structure de la membrane plasmique d’une cellule bactérienne

De nombreuses membranes bactériennes contiennent des stéroïdes pentacycliques,

les hopanoïdes, qui ont un rôle de stabilisation des membranes.

De plus, la membrane plasmique est composée de plus de protéines (60 à 70%) que

de lipides (30 à 40 %). Ces protéines remplissent un rôle fonctionnel (enzymatique) et

structural.

Les protéines extrinsèques ou périphériques (20-30%), facilement extraites des

membranes, sont solubles dans l’eau.


29

Les protéines intrinsèques ou intégrales (70-80%) sont amphipatiques, les

régions hydrophobes sont enfouies dans la couche lipidique.

Les protéines peuvent se déplacer latéralement et se terminent souvent à leurs

surfaces externes de la membrane plasmique par des glucides.

b. Membranes des archéobactéries

Les membranes des archea sont similaires à celles des bactéries et des Eucarya, mais

diffèrent par le fait que les chaînes carbonées (à C20 ramifiées) sont liées au glycérol

par des liaisons éthers et non par des liaisons esters. Certaines membranes forment

des tétra-éthers et se présentent sous forme de monocouche, ceci donne une certaine

rigidité aux cellules (Figure 9).

Figure 9 : Structure des membranes des archéobactéries : (A) Phytanylglycerol

diéther (B) Dibiphytanylbiglycerol tetraéther (C) Tétraéther avec bipentacyclique C40

biphytanil chaines.


30

c. Fonction

La membrane plasmique assure plusieurs rôles dans la cellule bactérienne :

- Maintien le cytoplasme et le sépare du milieu extérieur.

- Sert de barrière perméable sélective (barrière semi-perméable) permettant le

passage de molécules lipophiles et empêche le passage des molécules

hydrophiles.

- Possède des systèmes de transport de beaucoup d’éléments incapables de

traverser seuls la membrane (nutrition, rejet de déchets, sécrétion). On distingue

2 grands types de transport :

Le transport passif : se fait dans le sens du gradient de concentration sans

exigence d’énergie.

Le transport actif : se fait en sens inverse du gradient de concentration des

molécules, ce qui nécessite l’utilisation d’énergie généralement fournie sous

forme d’ATP.

- Site de beaucoup de processus métaboliques (respiration, photosynthèse,

synthèse lipidique et constituants de la paroi…).

- La membrane plasmique possède des protéines membranaires ayant pour

rôles :

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

périplasmique de molécules nécessaires à la synthèse de la paroi

Enzymes de la chaîne respiratoire permettant la synthèse d’ATP

Transporteurs de diverses molécules (ions, sucres, …) dans les deux sens de

part et d’autre de la membrane plasmique.

- Contient des molécules réceptrices des substances de l’environnement

- Site de fixation des flagelles

- De plus, la membrane joue un rôle important dans la détection de composés

présents dans le milieu environnant grâce à la présence de protéines

transmembranaires du chimiotactisme. Ceci permet aux bactéries dotées de

flagelles de « nager » vers les endroits qui leur sont les plus favorables, les plus

riches en nutriments par exemple et de s’éloigner des endroits défavorables


31

comme ceux qui contiennent des substances toxiques. Ces protéines interviennent

dans le sens de rotation des flagelles.

2.1.4. Cytoplasme

La membrane cytoplasmique est le siège de nombreuses fonctions fondamentales,

assurées par des organites cellulaires spécifiques chez les cellules eucaryotes.

Le cytoplasme des bactéries est plus simple que celui des cellules eucaryotes. Il est

constitué de :

- Protéines cytoplasmiques (protéines de structures et enzymatiques et de

chapérons)

- Granulations de réserve (Glycogène, polyphosphate, β- hydroxybutirate…etc.)

- ARN solubles (ARN messager et ARN de transfert) et surtout en ARN

ribosomal (Ribosomes)

L'ensemble des constituants cytoplasmiques est placé dans un gel colloïdal, qui

contient 80 % d'eau et des substances organiques et minérales, à une pression

interne variable (5 à 20 atmosphères).

2.1.5. Ribosomes

A un nombre voisin de 15000 unités par bactérie (18000 chez Escherichia coli), les

ribosomes représentent 90 % de l'ensemble de l'ARN.

Se sont de petite granulation sphérique de 10 à 30 nm de diamètre, leur constante de

sédimentation est 70S pour une masse moléculaire de 3×106 Daltons (Figure 10).


32

Figure 10 : Structure et constitution du ribosome bactérien

Les ribosomes sont constitués de protéines (37%) et d'ARN ribosomales (63%). La

sous-unité 30S contient de l'ARNr 16S ; la sous-unité 50S est constituée d'ARNr 23S et

d'ARNr 5S.

La ligature entre les deux sous-unités des ribosomes est assurée par des liaisons

ARN-protéine et protéine-protéine.

Rôle des ribosomes

- Les ribosomes sont le siège de la synthèse des protéines suite à la traduction

de l’ARNm et l’union des acides aminés les uns aux autres.

- Les ribosomes restent associer entre eux par l’ARNm et forme des structures

en chapelet appelées polysomes.

2.1.6. Appareil nucléaire (ADN)

a. Mise en évidence

La mise en évidence de l’ADN bactérien peut se faire par :

- Méthodes cytochimiques (réaction de Feulgen),

- Elimination de l’acide ribinucléique (hydrolyse enzymatique) suivie d’une

coloration basique,

- Coloration de Giemsa.


33

b. Morphologie

L’appareil nucléaire est variable selon la phase de croissance et de division de la

bactérie.

- Petite masse ovoïde chez les Coccis

- Bâtonnet situés transversalement dans le corps cellulaire

La constitution chimique de l’appareil nucléaire des procaryotes est semblable à

celles des eucaryotes. Il est constitué d’unités de nucléotides, chacune est composée :

Un groupement phosphoré (Phosphate diester en position 3’ et 5’)

- Un désoxyribose

- Une base purique (Adénine et Guanine) ou pyrimidique (Cytosine et Thymine).

Le chromosome bactérien se caractérise par :

- Existence d’un seul chromosome par appareil nucléaire,

- Absence de l’enveloppe nucléaire,

- Forme circulaire qui n’a ni début ni fin, c’est un filament d’une double chaine

d’ADN unique, continu et circulaire.

Chez E. coli, l’AND circulaire mesure environ 1360 µm avec une masse molaire de 3 x

109 daltons et 5 x 106 paires de bases.

- L’ADN est associé à des polyamines (Spermine et Spermidine) analogues aux

Histones des eucaryotes.

c. Rôles

L’ADN bactérien est le siège de l’information génétique, c’est le vecteur des caractères

héréditaires de la bactérie.


34

2.2. Éléments non constants des bactéries

2.2.1. Flagelle (cils)

Les flagelles sont des appendices filamenteux de 6-15 µm sur 10-30 nm. Ils sont

constitués exclusivement de flagelline (protéine composante) et sont fixés à la cellule

au niveau du cytoplasme, leur rôle principal est la locomotion, mais ils ont un rôle

antigénique spécifique.

Selon leurs dispositions sur la cellule bactérienne, on peut distinguer les bactéries

monotriches, lophotriches, péritriches et amphitriches (Figure 11).

Péritriche Amphitriche Lophotriche Monotriche

Figure 11 : Différents types de bactéries mobiles

2.2.2. Capsule

Certaines cellules bactériennes s’entourent d’une capsule de nature

polysaccharidique, mais peut être de nature polypeptidique (acide D Glutamique)

comme dans le cas de Bacillus anthracis.

La présence de la capsule chez une espèce bactérienne est synonyme de virulence

puisque les bactéries de la même espèce n’ayant pas de capsule sont moins virulentes

par rapport aux bactéries encapsulées, exemple Klebsiella pneumoniae (Figure 12).


35

Figure 12 : Capsules chez Klebsiella pneumoniae

2.2.3. Plasmide

Découverts par LEDERBERG en 1952 (facteur F), puis le facteur R en 1959 (facteur de

résistance aux antibiotiques), les plasmides occupent depuis une importance clinique

et microbiologique importante.

Ce sont des molécules d’ADN (porteuses d’informations génétiques) de petite taille

(1/100 du chromosome) de forme circulaire dense (enroulement torsadé).

Les plasmides se répliquent de la même manière que celle des chromosomes, leur

transfert (d’une bactérie donatrice à une bactérie réceptrice) se fait par conjugaison,

transduction, mobilisation ou transformation.

2.2.4. Spore

Certaines bactéries sont douées d’une résistance très élevée aux conditions de

cultures défavorables. Ces dernières ont le pouvoir de former des structures rigides

appelées spores ou endospores.

Le changement des facteurs physico-chimiques et de nutriments dans le milieu de

culture induit une alternance entre la forme végétative et la forme spore des

bactéries. Un milieu de croissance défavorable déclenche le processus de sporulation

et vice-versa, la germination est observée si le milieu devient favorable à la croissance

bactérienne.


36

La spore bactérienne est constituée de plusieurs enveloppes superposées l’une sur

l’autres, lesquelles entourent l’appareil nucléaire (Figure 13). Ces enveloppes sont

formées de peptidoglycane, de polysaccharides, de protéines, de lipoprotéines et de

dipicolinate de sodium qui joue un rôle dans la thérmorésistance. Cette structure

particulière confère à la spore non seulement une résistance au stress exogènes, mais

aussi une longévité extraordinaire qui peut aller de quelques jours à quelques siècles.

Figure 13 : Structure de la spore bactérienne

Selon leurs positions dans la cellule et leurs tailles, les endospores peuvent être

centrales, terminales, sub-terminales, déformatrices ou non…etc. (Figure 14).

Figure 14 : Exemple de positions et de tailles d’endospores bactériens


37

2.2.5. Pili (fimbriae)

Trouvées généralement chez les bactéries Gram négatives (rarement chez les Gram

positives), les pilis sont des ciliatures courtes entourant les bactéries qui en

possèdent.

Deux types de pilis sont distincts :

- Les pilis communs, courts, rigides et distribués en grand nombre autour de

la cellule bactérienne. Ces pilis sont responsables des propriétés

hémagglutinantes.

- Les pilis sexuels, peu nombreux mais plus long (20 µm), se terminent par

un renflement. Les pilis sexuels ont un rôle primordial dans la conjugaison

bactérienne. De plus, les phages injectent leurs matériels génétiques via le

canal du pili en se fixant à son extrémité renflée.


38

Chapitre IV

Nutrition bactérienne

Les bactéries contiennent une large variété de molécules et de macromolécules. Les

molécules simples sont absorbées à partir du milieu ou synthétisées à partir de leurs

précurseurs chimiques, également absorbés. Par contre, toutes les macromolécules,

de structure et /ou de fonction, sont synthétisées au sein même de la cellule.

Ainsi, les nutriments absorbés par les bactéries ont un caractère plus ou moins

indispensable, selon leur nature, et varient d’un groupe ou même d’une espèce à

l’autre dans un même groupe de bactéries.

Parmi les 11 éléments considérés comme éléments majeurs et sont requis par les

bactéries en concentrations relativement élevée de l’ordre ˃10-4 M, sont appelés

facteurs de croissances, parmi lesquels on cite :

C, H, O, N. Composant majeurs du matériel cellulaire

S. composant : A.aminés (Met., Cys.), vitamines (biotine), enzyme (coenzyme A).

P. composant : Acides nucléiques (ADN, ARN), Phospholipides, Nucléotides

(ATP, NADP).

K. Cation inorganique cellulaire principal, cofacteur enzymatique.

Ca. Composant : Endospores, Paroi, Exo-enzymes, (α amylase, protéase).

Mg. Cofacteur enzymatique, composant (Paroi, membranes, ribosomes

Fe. Composant : Cytochromes, Protéines Fe-S, Cofacteur enzymatique.

Na. Elément de transport membranaire.

Les besoins élémentaires (carbone, hydrogène, azote, énergie et électron) peuvent

être utilisés pour la classification des bactéries dans certaines catégories

nutritionnelles appelées types trophiques.

Les bactéries sont classées selon leurs sources primaires d’énergie, de carbone et

d’électrons.


39

1. Besoins élémentaires et types trophiques

a. Source de carbone

Le carbone est un élément indispensable à la croissance bactérienne, deux catégories

de bactéries sont distinguées selon la source de carbone :

- Autotrophes

Les bactéries se développant en milieu inorganique et utilisant le CO2 comme seule

source de carbone sont dites autotrophes.

- Hétérotrophes

L’exigence bactérienne au carbone est assurée par des composés organiques.

La plupart des bactéries sont soit autotrophe photolithotrophe (Photoautotrophe) qui

utilisent l’énergie lumineuse et le CO2 comme source de carbone, soit hétérotrophe

chimio-organotrophe (Chimiohétérotrophe), qui utilisent les composés organiques

comme source de carbone, d’énergie et d’électrons.

b. Source d’énergie

Deux catégories de bactéries sont distinguées selon la source d’énergie, les Phototrophes

et les Chimiotrophes.

- Phototrophes

Les bactéries photosynthétiques tirent leurs énergies des rayons lumineux.

- Chimiotrophes

Les bactéries chimiosynthétiques utilisent l’énergie de l’oxydation des

produits chimiques ou organiques.

c. Source d’électrons

Selon la nature du donneur d’électrons, les bactéries sont classées en deux catégories, les

bactéries lithotrophes et les bactéries organotrophes. De ce fait, on distingue :

Bactérie photolithotrophe : La photosynthèse bactérienne fait intervenir des composés

minéraux comme source d’électrons.

Bactérie photo-oranothrophe : La photosynthèse bactérienne fait intervenir des


40

composés organiques comme source d’électrons. Ces bactéries sont, selon la

nature du donneur d’électrons, classées en deux catégories : chimiolithotrophe et

chimio-organotrophe. A cet effet, certaines bactéries présentent une certaine

flexibilité et combinent le métabolisme chimilithoautotrophe et hétérotrophe,

elles sont dites mixotrophes.

2. Facteurs de croissance

Beaucoup de bactéries ont besoin, pour leur développement, de métabolites

spécifiques qui leurs sont indispensables. Ces éléments sont connus sous le terme de

« facteur de croissance ». Celui-ci est un élément spécifique nécessaire au

développement des bactéries incapables de le synthétiser. De ce fait, on note que le

nicotinamide, est un élément indispensable à la croissance de Escherichia coli et

Proteus vulgaris, est considéré comme facteur de croissance pour P. vulgaris seulement

puisque E. coli est capable de le synthétiser.

Trois types de facteurs de croissance sont connus :

- Acides aminés, rentrent dans la synthèse protéique,

- Bases puriques et pyrimidiques, font partie des acides nucléiques

- Vitamines, jouent le rôle de co-enzymes ou sont leurs précurseurs.

Les facteurs de croissance sont caractérisés par :

- Action à des concentrations infimes

- Spécificité étroite.

Phénomène de syntrophie

C’est un phénomène (repas avec) d’interaction métabolique entre deux espèces.

L’exigence d’une bactérie en facteur de croissance peut être assurée par la présence

d’une autre espèce voisine de la première capable de synthétiser ce facteur de

croissance.

3. Paramètres physico-chimiques

La croissance bactérienne est largement influencée par des paramètres physico-

chimiques de l’environnement tels que la température, le pH, la concentration en

nutriments. Ces paramètres peuvent inhiber ou favoriser la nutrition des bactéries.


41

a. Température

La température joue un rôle important dans la nutrition et le développement des

microorganismes. Son augmentation ou son abaissement conduit à des effets

remarquables quant à la croissance bactérienne.

Selon les températures optimales de croissance, plusieurs catégories de bactéries sont

distinguées : mésophiles, psychrophile, thermophile…etc. Cette classification n’a pas

de frontière et des chevauchements peuvent exister. De ce fait, on distingue :

- Mésophile : bactérie qui préfère une température de croissance comprise entre 20 et

40 °C (optimum 30-37 °C)

- Psychrophile : la température optimale de croissance se situe vers 10 °C

- Cryophile : la température de croissance est de 0 °C voire plus basse.

- Psychrotrophe : les bactéries ayant une température optimale de croissance égale à

25 °C mais qui peuvent se développer à 0 °C.

- Thermophile : bactéries se multiplient préférentiellement entre 45 et 55 °C.

- Thermotrophe : Ce sont des bactéries qui se multiplient visiblement vers 50 °C mais

plus clairement à 30 °C.

- Hyper-thermophile : sont des bactéries thermophiles extrêmes, leur température

optimale de croissance se situe aux alentours de 70 °C.

Cas exceptionnel : Pyrodictium occultum est un microorganisme vivant au fond des

mers au contact des sources chaudes à des températures élevées (250 °C) et à de très

forte pression (bactérie barophile).


42

b. pH

De même que pour la température, plusieurs catégories microbiennes sont

distinguées par rapport aux différents pH de croissance : basophile, neutrophile,

acidophile…

La majorité des microorganismes se développent au pH neutre (6,5 – 7,5). Cependant,

un intervalle de pH est toléré par les microorganismes. Exemple : E. coli tolère un pH

de 4 – 9.

- Basophile : les bactéries basophiles (Alcalinophile) préfèrent un pH de

croissance alcalin. Exemple : le pH optimal de croissance de Vibrio est 9.

- Acidophile : Lactobacillus se développe à un pH relativement acide « 6 ».

D’autres microorganismes comme les champignons préfèrent un pH plus

bas.

Remarque : pour éviter les changements brutaux du pH des milieux de cultures lors

de la dégradation des métabolites par les bactéries, une solution tampon ou le carbonate

alcalin sont prévus dans la préparation du milieu.

c. Oxygène

Selon les exigences en oxygène, on distingue quatre groupes de bactéries (Figure 15) :

- Aérobie strict : la bactérie exige pour son développement la présence

d’oxygène libre.

- Anaérobie strict : ces bactéries se développent en absence totale d’oxygène,

ce groupe de bactérie ne possède ni catalase ni superoxydedismutase

capables de d’éliminer les deux produits d’oxydation, le H2O2 et l’ion

superoxyde qui sont toxiques pour la cellule.

- Aéro-anaérobie facultatif : appelées aussi anaérobie facultatif, les bactéries

peuvent croitre en présence ou en l’absence d’oxygène.

- Microaérophile : les bactéries microaérophiles se développent en présence

d’une faible tension en oxygène.


43

Figure 15 : Groupes bactériens en fonction de la consommation d’oxygène

d. Pression osmotique

La majeure partie des bactéries est dotée d’une paroi rigide qui leur permet de

résister aux changements de la pression osmotique du milieu. Cependant, selon la

sensibilité aux pressions osmotiques, on distingue

- Les bactéries non halophiles, nécessitant une concentration en NaCl

inferieure à 0,2 M.

- Les bactéries halophiles, qui nécessitent un milieu à 0,2 M en NaCl.

- Les bactéries halophiles extrêmes, tolérant plus que 5,2 M de NaCl.

e. Pression mécanique

Certaines bactéries résistent à de fortes pressions, ce sont les bactéries barophiles. A

l’image de Streptococcus feacalis qui résiste à une pression allant jusqu’à 1000 bars.


44

Chapitre V

Croissance bactérienne

La croissance est un processus complexe qui se déroule en plusieurs séquences :

absorption des nutriments de base requis présents dans le milieu, conversion de ces

nutriments en matériel cellulaire et en énergie, réplication du génome et

augmentation de la taille avec duplication de l’ensemble des éléments constituants le

matériel cellulaire, division en deux cellules filles dotée chacune d’une copie du

génome et des autres composants cellulaires. C’est la division cellulaire par

scissiparité (Figure 16). D’autres mécanismes de division existent chez des bactéries

particulières, comme le bourgeonnement (chez les cyanobactéries) et la fragmentation

(chez les bactéries filamenteuses).

Figure 16 : Division cellulaire par scissiparité


45

De nombreux facteurs de l’environnement ont une influence significative sur la

croissance bactérienne qu’ils peuvent favoriser ou au contraire inhiber, le plus souvent

avec des interactions synergistes entre eux. Ce phénomène explique la distribution

quantitative et qualitative des bactéries en fonction de la nature du milieu.

Distribution qui dépend autant des types physiologiques bactériens que des

conditions spécifiques du milieu.

Le processus de division est connu sous le nom de temps de génération (G), temps

nécessaire au dédoublement de la population bactérienne (ou biomasse). Le calcule est

comme suit : G = tn – t0 /n ; où n = Log N –Log N0 / Log 2

Le tableau ci-dessous ; illustre la variation du temps de génération d’une espèce à

l’autre.

Tableau 5 : Temps de génération des espèces bactériennes

Espèces G (min) Nombre de division 1/G (h-1)

Vibrio paraheamolyticus 10 6

Escherichia coli 20 3

Lactobacillus acidophilus 100 0,6

Mycobacterium tuberculosis 1000 0,06

1. Mesure de la croissance

La mesure de la croissance bactérienne peut se faire grâce au dénombrement

cellulaire ou à la mesure de la biomasse ; les deux valeurs, nombre et biomasse

progressent de façon parallèle.

1.1. Mesure de la charge

a- Microscope cellulaire

Les cellules de taille grande peuvent être dénombrées au microscope grâce à un

hématimètre (cellule de Thoma, Malassez, …etc). Pour les bactéries, le

dénombrement peut se faire grâce à la cellule de Petrof-Hausser dont la profondeur

de la cuvette est dix fois plus faible que l’hématimètre.


46

b- Compteur de particules

Les cellules en suspension sont comptées en utilisant un compteur de particules dans

une solution d’électrolytes.

Lorsqu’une cellule traverse un micro-orifice, deux électrodes placées de part et

d’autre de l’orifice et reliées à un générateur de courant électrique, enregistre une

variation électronique qui est détectée par un compteur.

Ce compteur présente l’inconvénient de compter les cellules ainsi que les autres

particules inertes de même taille.

c- Épifluorescence

Cette méthode permet de dénombrer compte et de distinguer les cellules viables des

cellules mortes. L’orangé d’acridine (fluorochrome) colore les bactéries qui sont

ensuite examinées en ultraviolet, les bactéries vivantes apparaissent en vert, les

mortes en rouge.

Plusieurs inconvénients sont attribués à cette technique :

- Chez les bactéries vivantes, l’ouverture de la double chaîne

nucléotidique induit une fluorescence rouge.

- Les populations inferieures à 105 cellules/ml pour les levures et 106

cellules/ml pour les bactéries ne peuvent être évaluées.

- Chez les bactéries formant des chainettes ou des mycéliums, ce procédé est

inadéquat.

d- Dénombrement après culture

Plusieurs procédés sont suivis pour ce genre de dénombrement de cellules. Partant du

principe que chaque cellule microbienne donne naissance à une colonie, l’étalement puis

l’incubation d’un volume précis d’une suspension microbienne ou de sa dilution à la

surface d’une gélose donne des colonies visibles à l’œil nu et facilement dénombrables.

Cependant, le résultat est exprimé en Unités Formants Colonies (UFC) /ml.


47

Une autre technique permet de quantifier les cellules viables dans une solution,

notamment dans l’eau.

Cette technique consiste en l’inoculation de 3 à 5 tubes pour chaque dilution, le

nombre de cultures positives dans trois dilutions successives donne le Nombre le

Plus Probable (NPP) qui sera évalué par rapport à la table de Mac GRADY.

D’autres méthodes, comme celle de la filtration sur membrane et la technique de

Postgate (micro colonies sur couche mince), sont utilisées pour le dénombrement des

bactéries.

e- Mesure de la biomasse

La biomasse peut être quantifiée en mesurant soit le poids sec de la culture

microbienne, soit le trouble de la suspension.

La première consiste à récolter les cellules par centrifugation puis au lavage à l’eau

physiologique avant de les passer au séchage à 100-110°C. Le culot est ensuite pesé.

La deuxième technique est plus simple, elle est largement utilisée pour dénombrer

les cellules microbiennes ; cette technique est basée sur la mesure l’absorbance de la

lumière incidente par rapport à celle transmise.

f- Mesure de la turbidité

Plus une bactérie pousse dans un liquide plus ce dernier devient trouble. Il y a

formation d’un voile. On utilise un spectrophotomètre pour mesurer cette

turbidimétrie à travers une mesure appelée densité optique (DO) ou Absorbance (A).

La quantité de lumière transmise à une cellule photosensible est inversement

proportionnelle au nombre de bactérie. Plus, il y a de bactéries, plus l’absorbance

est basse. On peut tracer des courbes de corrélation entre le nombre de bactéries et

l’absorbance. Dans la phase exponentielle, elle est représentée par une droite. (Il faut

au moins 107 bactéries par ml pour pouvoir mesurer une densité optique). Les

milieux très colorés ne peuvent être utilisés.

1.2. Mesure des constituants cellulaires

Certains constituants de la cellule, comme l’ATP qui est indispensable au transfert

d’énergie, le FAD et le FMN, qui sont des coenzymes des déshydrogénases, sont des


48

marqueurs biotiques de choix. Ils permettent une mesure relativement précise d’une

culture cellulaire donnée.

1.3. Mesure de l’activité cellulaire

La croissance microbienne peut être quantifiée selon plusieurs procédés (Figure 17) :

- Mesure de la consommation d’un substrat présent dans le milieu, comme

l’oxygène, une source de carbone, d’azote ou d’un élément spécifique de

croissance.

- Mesure des produits d’excrétions, notamment le dosage du CO2.

- Mesure des variations physico-chimiques, comme la variation du pH du

milieu suite à son acidification, le potentiel d’oxydo- réduction qui peut

être évalué grâce à des indicateurs redox colorés tel que le bleu de

méthylène, la résazurine ou le tétrazolium.

- Mesure de la chaleur dégagée suite aux réactions de dégradation de

substrats énergétiques.

Figure 17 : Corrélation entre la croissance microbienne et la variation de certains

éléments.


49

2. Courbe de croissance

La courbe de croissance est obtenue en traçant l’évolution de la biomasse en fonction

du temps. Cette évolution est la vitesse volumique de croissance par unité de temps,

X = f (t).

Dans des conditions de croissance discontinue, la courbe de croissance est constituée

de quatre phases distinctes. Phase de latence, phase exponentielle, phase stationnaire

et phase de déclin (Figure 18).

Figure 18 : Courbe de croissance d’une culture bactérienne dans des conditions de

croissances fermées.

2.1. Phase de latence

C’est une phase de courte durée, elle varie d’une espèce à l’autre. Durant cette phase,

les bactéries s’adaptent au milieu (adaptation enzymatique) et le nombre de bactéries

reste inchangé et égale au nombre initial. Ainsi, le taux de croissance (k) est égal zéro.

Cette phase est influencée par plusieurs facteurs. Plus la concentration de l’inoculum

de départ est importante, moins la phase de latence est longue. Elle est aussi réduite

si les cellules jeunes sont inoculées en culture, l’âge des bactéries provenant de la

phase stationnaire ou de la phase de déclin peut prolonger la phase de latence du fait

que l’inoculum contient beaucoup de cellules mortes alors l’état physiologique des

cellules viables nécessite du temps pour restaurer leurs systèmes enzymatiques mis

en veille.


50

2.2. Phase exponentielle

Cette phase débute par une phase d’accélération (fin de la phase de latence) durant

laquelle le nombre de bactéries augmente. Elle est suivie par une période

exponentielle de croissance qui se termine par un maximum à la fin de la phase. Le

taux de croissance (k) est maximal.

Durant cette phase, certains métabolites primaires sont synthétisés, comme les

antibiotiques et les toxines. Les paramètres physico-chimiques (l’activité d’eau «AW »,

pH, température, la nature et la concentration des aliments…etc.) influent sur l’allure

de la phase exponentielle et la vitesse spécifique de croissance.

2.3. Phase stationnaire

La phase stationnaire débute par une phase (période) de décélération

(ralentissement) pendant laquelle diminue la vitesse de division cellulaire. Pendant

cette phase (stationnaire), Le taux de croissance (k) du nombre de cellules viables

reste constant. La division cellulaire ne s’est pas arrêtée, mais le taux de mortalité

cellulaire est égal au taux de cellules en division. Ce qui correspond à un équilibre

entre le nombre de nouvelles cellules provenant d’une division cellulaire et le

nombre de cellules qui disparaissent par autolyse.

2.4. Phase de déclin

A ce stade de croissance, le taux de mortalité est plus important que la division

cellulaire et le nombre de cellules diminue considérablement, induisant un taux de

croissance (k) négatif. Ceci est due en grande partie à l’épuisement des nutriments du

milieu de culture et à l’accumulation des déchets parfois toxiques pour les

microorganismes, de plus, le changement de pH peut être limitant. Dans certains cas,

les bactéries survivantes peuvent amorcer une nouvelle croissance au dépend des

nutriments libérés par la lyse des cellules mortes. Ce phénomène est connu sous le

nom de croissance cryptique (Figure 19).


51

Figure 19 : Schéma graphique de la croissance cryptique chez les bactéries.

2.5. Phénomène de diauxie

Dans un système de culture contenant une seule source de carbone, la croissance

bactérienne s’achève par une phase de déclin qui se traduit par la lyse bactérienne et

la réduction du nombre de bactéries. Cependant, dans un milieu de culture contenant

deux sources de carbone différentes (Exemple : glucose et lactose), la phase

stationnaire n’est pas achevée par une phase de déclin, mais elle est caractérisée par

l’apparition d’une deuxième phase exponentielle (Figure 20). Les bactéries préfèrent

utiliser le glucose d’abord, mais quand celui-ci est épuisé du milieu de culture, elles

utilisent le lactose.

Figure 20 : Phénomène de diauxie chez les bactéries cultivées en présence du glucose

et du lactose comme source de carbone.


52

3. Types de croissance

3.1. Croissance synchrone et asynchrone

La croissance d’une population microbienne ne se fait pas d’une manière

harmonieuse, les bactéries dans une population ne se divisent pas réellement en

même temps, chaque cellule à sa phase de latence différente des autres cellules. De ce

fait, le schéma de croissance trace une courbe asynchrone. Au contraire, si toutes les

cellules se divisaient en même temps, on obtient une courbe synchrone (Figure 21).

Figure 21 : Schéma de croissance bactérienne synchrone et asynchrone

3.2. Croissance continue

Les quatre phases de croissance vues jusqu’ici (latence, exponentielle, stationnaire et

déclin) sont obtenues dans un milieu fermé. Pour atteindre un but d’intérêt industriel

(Ex : fermentation), il est plus pratique de maintenir les bactéries en phase

exponentielle. Ceci est possible en renouvelant le milieu de culture et en éliminant les

produits du métabolisme en utilisant les Turbidostats (Figure 22) et les chémostats.


53

Figure 22 : Schéma du turbidostat

4. Agents antimicrobiens

La croissance bactérienne doit être contrôlée pour mieux diriger son usage à des fins

expérimentales ou industrielles.

De multiples agents physiques et chimiques sont utilisés pour inhiber ou tuer les

microorganimes selon plusieurs procédés.

6.1. Chaleur

La chaleur, humide ou sèche, est un moyen utilisé pour stériliser les matériaux de

laboratoires, chirurgicales….

6.2. Filtration

Utilisée pour réduire la population microbienne dans les solutions thermosensibles et

parfois pour stériliser des solutions. Aussi utilisée pour réduire la population

microbienne de l’air.


54

6.3. Radiations

- Les radiations ultraviolettes (UV) sont très létales mais ne pénètrent pas

bien le verre, les films de poussière, l’eau et d’autres substances.

- Les radiations ionisantes pénètrent les objets en profondeur. Elles

détruisent les endospores bactériennes mais pas les virus.

Elles sont utilisées pour la stérilisation des antibiotiques, des hormones, des fils de

suture, des aliments et des objets plastiques à usage unique.

6.4. Désinfection

Destruction ou inhibition des formes végétatives des bactéries et des virus mais pas

des spores. La désinfection est momentanée et utilisée seulement pour les objets

inertes selon l’objectif. Un désinfectant ne stérilise pas nécessairement un objet parce

qu’il peut laisser des spores viables et quelques micro-organismes. Les désinfectants

habituels sont des agents chimiques.

6.5. Stérilisation

Écartement complète ou destruction de toutes les formes vitales des

microorganismes, elle est utilisée seulement pour les objets inertes.

6.6. Antisepsie

Application chimique sur la surface du corps pour détruire ou inhiber les formes

végétatives des bactéries pathogènes. Les agents chimiques inhibent le

développement de germes pathogènes lorsqu’ils sont appliqués sur un tissu.

Exemple de certains agents antimicrobiens.

- Composés phénoliques :


55

- Alcools :

- Halogènes : Chlore et Iode,

- Métaux lourds :

Les métaux lourds rendent inactives les cellules en se fixant sur les groupes

sulfhydryle des protéines.

- Gaz :

H2O2

Peroxyde d'hydrogène Ethylène oxyde

6.7. Pasteurisation

La pasteurisation consiste en un chauffage contrôlé à des températures inférieures au

point d’ébullition. Elle tue les germes pathogènes, réduit la population microbienne

totale et augmente le temps de conservation.

Ex : Pasteurisation du lait, des jus de fruits…

- Flash-pasteurisation : Chauffage rapide à une température élevée (72°C pendant

15 secondes suivi par un refroidissement rapide).

- Pasteurisation à température ultra-élevée : 140 à 150°C pendant 1 à 3 secondes.

6.8. Thyndallisation

Décrite par Thyndall, cette opération consiste à stériliser certains milieux liquides qui

ne tôlèrent pas une température élevée.

Le chauffage se réalise trois fois de suite à 60 à 70°C et dure 30 minutes à une heure à

intervalle de temps de 24 heures. Ceci permet de détruire non seulement les formes

https://www.google.dz/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&source=web&cd=6&cad=rja&uact=8&ved=0CDUQFjAF&url=http%3A%2F%2Fwww.actu-environnement.com%2Fae%2Fdictionnaire_environnement%2Fdefinition%2Fperoxyde_d_hydrogene_h2o2.php4&ei=8IdlVb2zKomp7AaK0oLQDQ&usg=AFQjCNH_YwputamPY0p6M6ktd1Hb4FWVNg&sig2=i77MAgjVlVECjmR7hEg9OA&bvm=bv.93990622%2Cd.ZGU


56

végétatives des bactéries, mais aussi les spores qui germent entre chaque intervalle

de temps et reprennent leurs vies végétatives.

6.9. Antibiotiques

Les antibiotiques sont des agents antimicrobiens. Ce sont des produits chimiques,

synthétiques ou naturels, utilisée à l’intérieur des tissus de l’hôte pour détruire ou

inhiber les microorganismes pathogènes. Ces agents chimiothérapeutiques sont

dépourvus de toxicité.

Selon leurs actions antimicrobiennes, deux catégories d’agents antimicrobiens sont

rencontrées :

- Les antibiotiques statiques : Agents qui inhibent la croissance, tels que :

Bactériostatique et fongistatique.

- Les antibiotiques germicides qui détruisent totalement les germes pathogènes

mais pas nécessairement les endospores, tels que :

Bactéricides, fongicides, algicides et virucides.

La classification des antibiotiques peut être fondée aussi sur le spectre d’activité, deux

groupes d’antibiotiques sont alors distingués ; les antibiotiques à large spectre et ceux

à spectre étroit.

La classification chimique est la plus souvent utilisée, elle repose sur la composition

chimique de chaque antibiotique (Tableau 6).

D’autre part, le mode et le site d’action des antibiotiques permettent de classer les

différents antibiotiques.


57

Tableau 6 : Principales familles d’antibiotiques et leurs modes d’actions


58

6.9.1. Mode d’action

Les cibles habituellement visées par l’action des antibiotiques sont celles qui

constituent un élément indispensable et constant pour la survie de la cellule

bactérienne.

La paroi bactérienne, la membrane, l’ADN et les ribosomes sont des sites d’action des

antibiotiques (Figure 23).

Figure 23 : Schéma des sites d’action des antibiotiques

a) L’Action des antibiotiques sur la paroi bactérienne comprend :

- La fixation sur des enzymes responsables de la synthèse de la paroi (Β-

lactamines, Ex : pénicilline)

- Le bloquage de la transpeptidation et la synthèse du peptidoglycane en se

fixant sur un précurseur (Glycopeptides)

- L’inhibition de la synthèse intracytoplasmique du peptidoglycane

(Fosfomycine)

b) Lésion de la membrane cytoplasmique. Ex : Polymyxines qui est actif

exclusivement sur les bactéries Gram négatives.

c) L’action sur l’ADN qui se traduit par :

- Inhibition de l’ADN topoisomérases dont l'ADN gyrase. Ex : Quinolones et

fluoroquinolones


59

- Action sur l’hydrofolate réductase et inhiber la synthèse de purine. Ex

: Sulfamides, triméthoprime

- Fragmentation de la double hélice d’ADN. Ex : Imidazolés

- Fixation à l'ARN polymérase ADN dépendante ce qui bloque la transcription de

l’ARN. Ex : Rifamycines

d) Interruption de la synthèse des protéines. Ex : Aminoside et tetracycline

interviennent au niveau de là sous unité 30S du ribosome, l’acide fucidique et

phénicol se fixent sur là sous unité 50S.

6.9.2. Résistance aux antibiotiques

L’usage abusif des antibiotiques a permis l’apparition et l’évolution progressive de

la résistance microbienne aux différents antibiotiques. L’extension de cette résistance

a concerné la plupart des bactéries pathogènes. La connaissance des mécanismes

biochimiques et le support génétique de la résistance permet de guider le choix

thérapeutique, plusieurs mécanismes sont identifiés (Tableau 7).

Tableau 7 : Mécanismes de la résistance bactérienne de certains antibiotiques

Deux types de résistance aux antibiotiques sont connus, la résistance bactérienne

naturelle et la résistance acquise.

a. Résistance naturelle

La résistance naturelle est présente chez tous les individus de la même espèce.

Ainsi, les Entérobactéries et Pseudomonas résistent naturellement aux macrolides. Les

Mycoplasmes résistent au β lactamine.


60

b. Résistance acquise

La résistance acquise concerne un groupe de cellules bactériennes, normalement

sensibles, sans être obligatoirement présentes chez les autres cellules appartenant à

la même espèce. Ce type de résistance concerne un pourcentage de bactéries

pathogènes plus ou moins faible. L’isolement de bactéries résistantes est observé

surtout en milieux hospitaliers. On note, la résistance à la streptomycine et à la

quinolone.

6.9.3. Support génétique de la résistance

Les bactéries naturellement résistantes aux antibiotiques possèdent un arsenal

génétique sur le chromosome bactérien. Suite aux divisions cellulaires, les gènes de

résistance sont transmis d’une génération à l’autre.

Pour les bactéries ayant des résistances acquises, l’information génétique est

localisée dans le chromosome bactérien et/ou supportée par les plasmides de

résistances.

La transmission de ce type de résistance est assurée par trois mécanismes, la

transduction qui nécessite l’intervention d’un vecteur viral (phage), la

transformation d’ADN exogène nu et son incorporation au génome de la bactérie en

phase de compétence et la conjugaison (Figure 24) entre une bactérie donatrice et

une bactérie réceptrice.

Figure 24 : phénomène de conjugaison entre une bactérie donatrice et une bactérie

réceptrice de matériel génétique.


61

Chapitre VI

Notions de mycologie et de virologie

1. Mycologie

Le monde des protistes inferieures ne comprend pas uniquement les bactéries, mais

aussi les champignons microscopiques ou mycètes.

Ceux-ci comprennent les champignons unicellulaires ou levures et les champignons

filamenteux ou moisissures.

1.1. Taxonomie

La classification systématique des champignons

La classification simplifiée des mycètes peut être résumée selon l’aspect du thalle ou

mycélium (Organigraphie fongique). Trois classes alors se distinguent (Figure 25) :

- Les champignons filamenteux (Aspergillus, penicellum)

- Les champignons levuriformes (Saccharomyces, Candida)

- Les champignons dimorphiques (Candida)


62

Aspergillus (Ascomycètes) Saccharomyces cerevisiae

Dimorphisme cellulaire de C. albicans.

(A) levure (B) mycélienne

Figure 25 : Différents aspects cellulaires et mycélien des champignons unicellulaires.

1.2. Morphologie

Ce sont des organismes unicellulaires dont les cellules possèdent un vrai noyau

(eucaryote). Elles se nourrissent par absorption et utilisent le carbone organique

comme source de carbone (hétérotrophe).

Leur habitat courant est le sol et vivent généralement dans des conditions

d’aérobiose et d’humidité à des températures allant de 20 à 27°C.

Les mycètes sont des champignons unicellulaires, leurs formes sont variables selon

l’espèce (sphérique, ovoïde ou mycélienne).

Les levures ont généralement des formes ovales, d'environ 4-6 x 6-8 μm mais peuvent

atteindre 50 µm.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Champignon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Champignon


63

Les champignons filamenteux se caractérisent par la formation du

mycélium. Ce dernier est composé d'un ensemble de filaments, plus ou moins

ramifiés, appelés hyphes, que l'on trouve dans le sol ou le substrat de culture.

Les champignons qualifiés de dimorphiques se présentent sous forme filamenteuse et

levuriforme selon l'environnement et les conditions de croissances.

Exemple : Candida albicans est une levure saprophyte des muqueuses digestives et

vaginales mais donne des prolongements d’hyphes (mycélium) quand les conditions

lui sont favorables en cas d’immunodéficience de l’hôte.

La membrane cellulaire des champignons est constituée de stérols (l'ergostérol

principalement), et un cytoplasme dépourvu de chlorophylle. La plupart des

champignons possèdent un mycélium constitué de tubes appelés hyphes.

La paroi cellulaire externe rigide contient typiquement de la chitine et du glucane :

- Chitine : Elle se caractérise par des liaisons ß1-4 de glucosamine spécifique des

champignons.

- Glucanes : En plus des liaisons ß1-3, se trouvent les liaisons ß1-6 de différents

résidus osidiques (mannose, galactose, glucose, tréhalose…).

1.3. Méthodes d’isolement et d’identification

Afin d’isoler les mycètes, plusieurs milieux de cultures sont utilisés au laboratoire,

milieu Sabouraud (liquide ou gélose), YPD (Yeast Peptone Agar) ou PDA (Pomme de

terre, Dextrose Agar).

L’isolement et la purification d’une souche contaminée par des bactéries sont réalisés

par repiquage sur une gélose sélective contenant un ou des antibactériens (ex. :

chloramphénicol, gentamicine).

La purification d’une souche contaminée par un autre champignon se fait par

l’inoculation d’une gélose contenant de la cycloheximide. La souche contaminante

sera inhibée si sensible. Dans le cas contraire, procéder par dilution et repiquage

successif sur gélose jusqu’à l’obtention d’une souche pure.


64

L’identification des champignons unicellulaires diffère selon qu’il s’agit de levures

ou de champignons filamenteux. Malgré que l’identification génétique reste la plus

précise et la plus fiable, l’identification biochimique et la micro culture sont les plus

utilisées au laboratoire. Plusieurs procédés sont envisagés pour identifier une espèce,

l’exemple suivant résume le schéma d’identification des levures.

1.4. Reproduction

La reproduction des champignons est complexe, reflétant ainsi l'hétérogénéité de leur

mode de vie. Elle peut être sexuée ou asexuée, bien que certains champignons

alternent entre les deux types de reproduction.

La reproduction asexuée chez les champignons peut se faire par bourgeonnement,

fission binaire, fragmentation, ou par formation de spores, la sporulation est souvent

observée.

Le bourgeonnement et la fission binaire sont les formes de reproduction asexuée les

plus simples. Le bourgeonnement est une division inégale du cytoplasme, résultant

en une cellule mère et une cellule fille plus petite que la cellule mère. La fission

binaire par contre aboutit à deux cellules identiques. Ces deux formes de

reproduction suivant la mitose.

La sporulation est souvent observée chez les champignons, elle se fait à travers les

spores asexuées. Suite à une mitose, ces spores se transforment en cellules

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sporulation


65

reproductives qui, après dispersion, se développent en de nouveaux organismes.

2. Virologie

L’idée d’agent doté d’un pouvoir infectieux qui n’appartient ni aux bactéries ni à

d’autres organismes connus fut son apparition en 1892. Suite aux observations de

Iwanowski, la mosaïque de tabac était un agent infectieux qui n’était pas encore

identifié. Cet auteur a évoqué l’existence d’un nouvel organisme appelé par la suite «

virus ou virion ».

Beaucoup plus tard, en 1946, la virologie est née suite aux travaux de Enders qui a

montré que les virus peuvent être cultivés sur les cellules.

2.1. Morphologie (Capside et enveloppe)

Les virus sont constitués d’une molécule d’acide nucléique associée à des protéines

internes et entourée par une coque de protection de nature protéique, la capside.

Cette dernière peut être nue ou enfermée dans une enveloppe dite péplos (Figure 26).

Figure 26 : Structures des différents types de virus.


66

Certaines propriétés sont communes à tous les virus

- Organisation simple et acellulaire.

- Parasites intracellulaires obligatoires.

- Un génome d'acide nucléique d'ADN ou d'ARN.

- Ne peuvent se reproduire de façon autonome.

- Ne possèdent aucune information génétique concernant les enzymes

métaboliques.

- Les génomes viraux sont associés à des protéines qui entourent les particules

virales (formes les plus simples). Chez certains virus, cette nucléoprotéine est

entourée par plus d'une protéine ou bicouche lipidique.

- Les protéines les plus extérieures de la particule virale permettent au virus de

reconnaître la cellule hôte et de pénétrer dans son cytoplasme.

2.2. Différents types de virus

Selon leurs structures, quatre types de virus sont connus (Figure 27).

Figure 27 : Différentes structures virales

Lwof, Horne et Tournier ont décrits une classification appelée système LHT. 74

familles sont, par conséquent, définies (Tableau 8). Cette classification prend en

considération :

- La nature ribonucléique (R) ou désoxyribinucléique (D) du génome

- Le nombre de brin, simple (SB) ou double (DB)

- La structure et l’organisation du génome, circulaire (C) ou hélicoïdale (H)

- La présence d’une enveloppe (E) ou non (N)


67

La classification courante fait référence au type de génome, ainsi les virus à ADN

sont couramment appelés adénovirus, ceux à ARN, des rétrovirus.

Cependant, certains virus ne sont pas encore classés, tel que le virus de Norwalk,

responsable de diarrhée et l’agent d’encéphalite spongiforme, appelé prion.

Tableau 8 : Classification des virus selon le système LHT

ARN AND : virus à ARN impliquant une phase ADN dans leur cycle de réplication. n-seg : segmenté, seg : segmenté.


68

Chapitre VII

Rôle des microorganismes

La microbiologie est la science qui a pour objet non seulement les microorganismes et

les activités qui les caractérisent, mais elle étudie aussi les relations entretenues entre

eux et leur milieu naturel ou artificiel.

1. Microorganismes et environnement

Les microorganismes sont des êtres vivants cosmopolites, ils sont retrouvés dans tout

l’environnement, il existe un lien naturel entre la microbiologie et la microbiologie de

l’environnement. Les microorganismes montrent une grande diversité de

métabolisme et occupent toutes les niches écologiques.

Le domaine de la microbiologie de l'environnement inclut l'étude des

microorganismes retrouvés dans les sols, sédiments, eaux et air en plus de leur

relation entre eux et avec les humains, les animaux et les plantes.

Les microorganismes aident à la compréhension des effets dus aux changements

climatiques car ils jouent un rôle crucial dans les cycles biogéochimiques, y compris

le cycle du carbone. Ils sont retrouvés dans le sol où ils sont impliqués dans sa

fertilisation. Plusieurs cycles écologiques font intervenir les microorganismes, tel que

le cycle d’azote dont interviennent les espèces de Nitromonas et Nitrobacter.

De plus, le rôle de biodégradation des microorganismes dans l’environnement est

très important.

2. Microorganismes et santé

Les microorganismes occupent différents endroits du corps humain, dont la peau et

les muqueuses intestinales.

La microbiologie médicale est une branche de la médecine qui s’occupe de la

recherche des microbes dans les prélèvements d'origine humaine dans le but de

diagnostiquer des pathologies infectieuses associées.


69

Cette discipline comprend la bactériologie médicale, la virologie médicale, la

mycologie médicale et la parasitologie médicale. Elle s’étend à la microbiologie dans

le domaine de la pharmacologie pour l’amélioration de la bio remédiation ou encore

la découverte de métabolites microbiens d’intérêt. Elle utilise les microorganismes

dans un but thérapeutique tel que la synthèse de l’insuline et des antibiotiques.

3. Microorganismes et industrie

Les microorganismes sont largement utilisés dans le domaine industriel. La

fabrication des denrées alimentaires, des produits pharmaceutiques, certaines

enzymes à intérêts industriel fait appel aux microorganismes.

Le domaine de la microbiologie inclut l'étude des microorganismes impliqués dans

les biotechnologies dans tous les domaines de l'activité humaine.

Du fait que leur manipulation simple et rentable, les microorganismes constituent un

outil d'aide à la décision simple, fiable, rapide avec un coût raisonnable dans le

domaine de l’industrie.

La microbiologie appliquée peut aider à fournir des solutions à certaines des

problèmes les plus pressants du monde actuel comme les sources d'énergie

alternatives (biocarburants) et l'assainissement de la pollution industrielle.

4. Microorganismes et agriculture

La microbiologie est intimement liée à la production alimentaire, où les microbes

peuvent avoir des impacts positifs. Les fermentations alimentaires peuvent ajouter de

la saveur et une valeur nutritive et jouer ainsi un rôle important dans le domaine de

l’agro-alimentaire.

Les chercheurs sont engagés dans le contrôle de l’impact des déchets agricoles sur

l'environnement. Ils s’intéressent aussi au développement des inocula de rhizobium

pour améliorer le rendement des cultures de légumineuses (Rhizobium-

légumineuses).

D’autre part, la microbiologie prévisionnelle représente un grand intérêt dans la

gestion de la sécurité sanitaire des produits alimentaires. Elle offre des avantages


70

incontournables pour l'appréciation de la croissance microbienne et la gestion globale

de la qualité microbiologique dans des buts précis comprenant :

- La production de biomasse et recyclage de résidus

- L’évaluation des mécanismes cellulaires et moléculaires de résistance des

plantes à l'infection microbienne

- L’isolement, identification, caractérisation physiologique et génétique des

bactéries associées aux plantes cultivées

- L’écologie des micro-organismes modifiés génétiquement libérés dans

l'environnement

- Biochimie de l'humus. Biodégradation des composés organiques de synthèse

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Sciences de la Nature et de la Vie - Site Officiel · 2020. 4. 13. · Robert KOCH (1843-1910) a fondé, avec Pasteur, la science bactériologie médicale. Ils ont montré que Bacillus