Fiche de révision : Bactériologie médicale

📋 Plan du Cours

1. Fondements et classification bactérienne
2. Microscopie et observation bactérienne
3. Morphologie et organisation cellulaire
4. Peptidoglycane et parois bactériennes
5. Coloration de Gram et parois particulières
6. Préparation et coloration des échantillons
7. Membrane cytoplasmique et composition
8. Transports membranaires
9. Cytoplasme et ribosomes
10. Chromosome bactérien
11. Plasmides et transferts génétiques
12. Pilis, capsule et couche S
13. Flagelles et mobilité bactérienne

📖 1. Fondements et classification bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Bactériologie médicale : Branche de la microbiologie qui étudie les interactions entre les bactéries et l’être humain, notamment les bactéries responsables d’infections, afin de contribuer au diagnostic et au traitement.
• Taxonomie : Ensemble des principes et théories permettant de classer les organismes et de valider leur classement.

★ À maîtriser

• En 1673, Antoni Van Leeuwenhoek fut le premier à observer les bactéries, qu’il appela animalcules, et à en décrire différentes formes.

• La classification bactérienne actuelle est phylogénétique et s’appuie notamment sur des méthodes moléculaires pour établir les relations entre bactéries.

• La nomenclature bactérienne est universelle et désigne chaque bactérie par un nom de genre à majuscule suivi d’un nom d’espèce à minuscule, l’ensemble étant écrit en italiques, comme Escherichia coli.

Compléments

• Les pionniers cités de la bactériologie médicale sont Joseph Lister, Louis Pasteur, Paul Ehrlich et Robert Koch.

• Les bactéries peuvent être classées selon leurs caractères biochimiques, antigéniques, pathogéniques, enzymatiques, de sensibilité aux antibiotiques ou aux bactériophages, et moléculaires.

• Les critères complémentaires de classification comprennent : la coloration de Gram, la morphologie, la mobilité, la sporulation, la température de croissance, les besoins nutritionnels, le mode respiratoire, la photosynthèse, l’utilisation des sources de carbone ou d’azote et le G+C % du génome

• Un organisme humain porte environ dix fois plus de bactéries que de cellules humaines, et cet ensemble de bactéries symbiotiques est appelé microbiome.

📖 2. Microscopie et observation bactérienne

★ À maîtriser

📌 Le microscope optique utilise des photons pour former l’image, tandis que le microscope électronique utilise des électrons.

• La limite de résolution générale du microscope optique est d’environ 0,2 µm, soit 200 nm.

Compléments

• Le microscope à fond clair est utilisé en routine en microbiologie et donne une image foncée sur un fond clair.

• Les micro-organismes non pigmentés sont peu visibles au microscope à fond clair sans coloration qui augmente le contraste.

• En microscopie électronique à balayage, l’échantillon intact est recouvert d’une fine couche de métal lourd, dont les électrons diffusés sont collectés pour former une image de surface.

💡 Astuce mémo

Photons pour le microscope optique, électrons pour le microscope électronique

📖 3. Morphologie et organisation cellulaire

★ À maîtriser

• La plupart des bactéries mesurent approximativement de 0,2 µm à 18 µm, mais certaines cellules de Thiomargarita namibiensis atteignent 750 µm.

• Les principales formes bactériennes sont :

  • les coques
  • les bacilles
  • les coccobacilles
  • les vibrions
  • les spirilles
  • les spirochètes
  • les formes filamenteuses
  • les formes pédonculées
  • les formes pléomorphes

• Les éléments constants de la cellule bactérienne sont :

  • le chromosome
  • les ribosomes
  • le cytoplasme
  • la membrane cytoplasmique
  • la paroi bactérienne

Compléments

• Le poids d’une bactérie est d’environ 10⁻¹² g.

• Les bactéries peuvent être isolées ou regroupées par deux, en chaînettes, en amas ou en tétrades.

📖 4. Peptidoglycane et parois bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptidoglycane : Höltje, 1998 - Aussi appelé mureine ou mucopeptide, réseau macromoléculaire de chaînes de glycanes reliées par de courtes chaînes peptidiques, qui confère rigidité et flexibilité à la paroi bactérienne.

★ À maîtriser

• Le squelette du peptidoglycane alterne des unités de N-acétylglucosamine (NAG) et d’acide N-acétylmuramique (NAM), liées par des liaisons β 1-4.

• Les bactéries à Gram positif possèdent généralement une paroi épaisse, pouvant atteindre 80 nm, principalement constituée de peptidoglycane et contenant des acides téichoïques et lipotéichoïques.

• Les bactéries à Gram négatif possèdent une mince couche de peptidoglycane, représentant au plus 10 % du poids de la paroi, entre la membrane cytoplasmique et une membrane externe.

Compléments

• Chaque NAM porte une sous-unité peptidique de cinq acides aminés, et les chaînes voisines sont reliées entre elles par des ponts peptidiques directs ou interpeptidiques.

• Chez les bactéries à Gram négatif, les lipoprotéines de Braun relient le peptidoglycane à la membrane externe et l’espace périplasmique s’étend entre les deux membranes.

📖 5. Coloration de Gram et parois particulières

★ À maîtriser

• La coloration de Gram se déroule sur un frottis fixé par application du violet de gentiane ou crystal violet, du lugol, d’un décolorant à l’éthanol ou à l’acétone, puis de la fuchsine.

📌 Après la coloration de Gram, les bactéries à Gram positif restent violettes, tandis que les bactéries à Gram négatif se décolorent puis apparaissent roses après la contre-coloration.

• Les Mycoplasmes sont dépourvus de paroi, sont pléomorphes et sont insensibles aux antibiotiques ciblant la paroi bactérienne.

• La paroi protège la bactérie contre la pression de turgescence d’environ 2 bars, participe au maintien de sa forme et contribue à la barrière sélective, à la mobilité, à la fixation des bactériophages et à la toxicité du LPS chez les Gram négatif.

Compléments

• Une décoloration trop longue peut faire apparaître roses certaines bactéries à Gram positif, et l’utilisation de bactéries âgées peut également fausser le résultat du Gram.

• Les Mycobacterium possèdent une paroi riche en acides mycoliques et sont dites acido-alcoolo-résistantes, leur mise en évidence reposant sur la coloration de Ziehl-Neelsen.

• Le lysozyme clive les liaisons β (1-4) entre le NAG et le NAM, détruisant le peptidoglycane des bactéries à Gram positif et le fragmentant chez les bactéries à Gram négatif, où il est moins accessible.

💡 Astuce mémo

Violet, lugol, décoloration, contre-coloration

📖 6. Préparation et coloration des échantillons

🔑 Notions clés & Définitions

• Fixation : Procédé qui fige et conserve en place les structures internes et externes de la cellule.

★ À maîtriser

• La fixation à la chaleur préserve la morphologie générale mais pas les structures intracellulaires, tandis que la fixation chimique protège les structures fines en inactivant et immobilisant protéines et lipides.

• Les colorants basiques révèlent les constituants cellulaires acides, tandis que les colorants acides révèlent les constituants cellulaires basiques.

• Une coloration simple utilise un seul colorant pour montrer la forme générale, tandis qu’une coloration différentielle utilise plusieurs colorants ou réactifs pour révéler des structures ou différencier des groupes microbiens.

Compléments

• Les principaux fixateurs chimiques sont (Prescott et al., 2013) :
  • l’éthanol
  • l’acide acétique
  • le chlorure mercurique
  • le formaldéhyde
  • le glutaraldéhyde

💡 Astuce mémo

Fixation à la chaleur pour la forme générale, fixation chimique pour les structures fines

📖 7. Membrane cytoplasmique et composition

★ À maîtriser

• La membrane cytoplasmique est une structure fluide située sous la paroi, d’environ 7,5 à 8 nm d’épaisseur, qui entoure le cytoplasme.

• La membrane cytoplasmique contient environ 30 à 40 % de lipides et 60 à 70 % de protéines, tandis que les glucides y sont minoritaires.

• Les phospholipides sont amphipathiques, avec une tête hydrophile et des queues hydrophobes, et le phosphatidyléthanolamine est le phospholipide le plus fréquent dans les membranes bactériennes.

Compléments

📌 Les bactéries cultivées à basse température possèdent davantage d’acides gras insaturés, tandis que celles cultivées à température élevée possèdent davantage d’acides gras saturés afin de maintenir la fluidité membranaire. - Prescott et al., 2013

• Les stérols, notamment le cholestérol, sont absents des membranes procaryotes, et des hopanoïdes comme le bactériohopanetétrol pourraient contribuer à leur stabilisation.

• Les protéines membranaires périphériques sont associées à la membrane par des liaisons faibles, tandis que les protéines transmembranaires traversent la bicouche et présentent des régions hydrophobes et hydrophiles.

📖 8. Transports membranaires

★ À maîtriser

• L’osmose est le déplacement de l’eau à travers la membrane d’un milieu moins concentré vers un milieu plus concentré, et les aquaporines facilitent ce passage.

📌 Le transport passif suit le gradient de concentration sans dépense d’énergie, tandis que le transport actif se fait contre le gradient et nécessite de l’énergie.

• Les systèmes de transport actif sont : le transport simple, assuré par une protéine transmembranaire, la translocation de groupe, qui implique plusieurs protéines, le système ABC, comportant une protéine liant le substrat, un transporteur et une protéine hydrolysant l’ATP

📌 Un uniport transporte une molécule dans une direction, un antiport transporte deux molécules différentes en directions opposées et un symport transporte deux molécules dans la même direction. - Madigane & Martinko, 2007

Compléments

• Le transport passif comprend la diffusion directe des molécules hydrophobes non chargées et la diffusion facilitée par un transporteur protéique.

• La membrane cytoplasmique participe aussi à la respiration cellulaire, à la régulation de la division et à la réplication de l’ADN via le mésosome.

💡 Astuce mémo

Passif avec le gradient et sans énergie, actif contre le gradient et avec énergie

📖 9. Cytoplasme et ribosomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytoplasme : Ou cytosol, hydrogel fluide et aqueux, généralement de pH 7,2, délimité par la membrane plasmique et contenant les éléments cellulaires.

★ À maîtriser

• Les ribosomes bactériens sont constitués de 63 % d’ARN et de 37 % de protéines et comprennent une sous-unité 50S et une sous-unité 30S, pour une constante de sédimentation totale de 70S. - Singleton & Dusart, 1999

• Les ribosomes bactériens assurent la traduction de l’ARN messager et la biosynthèse des protéines.

Compléments

• Lors de la traduction, la sous-unité 30S fixe d’abord l’ARNm par son extrémité 5’, puis la sous-unité 50S s’y associe; le site A accueille les ARNt et le site P la chaîne peptidique en cours de formation.

📖 10. Chromosome bactérien

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromosome bactérien : ADN bicaténaire généralement circulaire, unique, surenroulé et libre dans le cytoplasme, sans membrane nucléaire.

★ À maîtriser

• L’ADN est formé de deux chaînes complémentaires antiparallèles, et l’adénine s’apparie avec la thymine tandis que la guanine s’apparie avec la cytosine.

• 🔄 La réplication bactérienne se déroule en trois phases :

  1. l’initiation à l’origine de réplication, avec ouverture de l’ADN et synthèse d’une amorce ARN
  2. l’élongation des nouveaux brins
  3. la terminaison par des facteurs spécifiques tels que Tus

• Le chromosome bactérien porte les caractères héréditaires et ses gènes sont transcrits en ARNm puis traduits en protéines par les ribosomes.

Compléments

• Chez Escherichia coli, le chromosome bactérien peut mesurer 1360 µm, soit 1,36 mm, et son poids moléculaire est d’environ 3 × 10⁹ daltons pour les bactéries de taille standard.

• Le pourcentage G+C varie selon les espèces mais reste constant au sein des souches d’une même espèce; il est de 50 % chez Escherichia coli, de 30 à 40 % chez Proteus, de 25 à 45 % chez les Clostridie et de 60 à 70 % chez Pseudomonas.

💡 Astuce mémo

Initiation, élongation, terminaison

📖 11. Plasmides et transferts génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasmide : Petite molécule d’ADN bicaténaire, généralement circulaire, qui se réplique de manière autonome et n’est pas indispensable au métabolisme central bactérien.

★ À maîtriser

• Les plasmides peuvent porter des gènes de résistance aux antibiotiques, de virulence ou de métabolisme, et plusieurs plasmides différents ne coexistent dans une même cellule que s’ils sont compatibles.

• Les transferts plasmidiques peuvent se faire par conjugaison via un pilus sexuel, transduction via un bactériophage, mobilisation, transformation par absorption d’ADN nu ou transposition.

📌 Les plasmides conjugatifs, généralement supérieurs à 30 mégadaltons et présents en faible nombre de copies, induisent la synthèse du pilus sexuel, tandis que les plasmides non conjugatifs sont nombreux et peuvent être mobilisés par un plasmide conjugatif.

Compléments

• La transformation est l’absorption d’ADN nu, qui peut s’intégrer au chromosome ou au plasmide; elle dépend notamment de la taille de l’ADN et de la compétence du receveur et est sensible aux nucléases.

• La transposition est l’intégration directe d’une séquence génétique limitée dans un ADN chromosomique ou plasmidique, et un transposon comporte des séquences répétées inversées, des gènes de transposition et des marqueurs spécifiques tels que la résistance aux antibiotiques.

📖 12. Pilis, capsule et couche S

🔑 Notions clés & Définitions

• Capsule : Couche visqueuse organisée, inconstante et difficile à détacher, située à l’extérieur de la paroi bactérienne.

★ À maîtriser

📌 Les pili communs, présents à raison de 2 à 1000 par bactérie, favorisent l’adhésion et la pathogénicité, tandis que les pili sexuels, généralement au nombre de 1 à 5, permettent le contact et la conjugaison bactérienne.

• La capsule protège contre la dessiccation et certains agents, limite la phagocytose, contribue à la virulence et porte des antigènes capsulaires tels que l’antigène Vi de Salmonella Typhi.

Compléments

• Les pili ou fimbriae sont de courts appendices protéiques de 3 à 10 nm de diamètre et de plusieurs micromètres de long, plus fréquents chez les bactéries à Gram négatif, et ne servent pas à la locomotion.

• Les capsules sont généralement polysaccharidiques, comme chez Streptococcus pneumoniae, ou parfois polypeptidiques, comme chez Bacillus anthracis.

• La couche mucoïde ou slime est diffuse et facilement séparable, tandis que le glycocalyx peut comprendre des capsules et des couches mucoïdes.

💡 Astuce mémo

Pili communs pour l’adhésion, pili sexuels pour la conjugaison

📖 13. Flagelles et mobilité bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Flagelle bactérien : Appendice locomoteur fin et rigide, de structure hélicoïdale, constitué de flagelline et traversant la paroi depuis la membrane plasmique.

★ À maîtriser

• Le flagelle bactérien comprend trois parties :
  • un corps basal ancré dans la membrane
  • un crochet reliant le corps basal au filament
  • un filament externe composé de sous-unités de flagelline

Compléments

📌 Les bactéries à Gram négatif possèdent plusieurs anneaux dans le corps basal du flagelle, tandis que les bactéries à Gram positif n’en possèdent que deux. - Prescott et al., 2013

• La méthode de Rhodes met en évidence les flagelles en épaississant leur structure par l’application d’un mordant puis de nitrates d’argent ammoniacal et d’un chauffage.

💡 Astuce mémo

Corps basal, crochet, filament

📊 Tableaux de synthèse

Caractéristiques des parois bactériennes