Fiche de révision : Différenciation bactérienne et interactions

📋 Plan du Cours

1. Différenciation morphologique et spores
2. Fonctions différenciées et métabolites
3. Cellules persistantes et tolérance
4. Multicellularité microbienne
5. Coopération et division du travail
6. Tricheurs et reconnaissance intra-espèce
7. Reconnaissance par contact et attaque
8. Interactions inter-espèces
9. Interactions inter-règnes

📖 1. Différenciation morphologique et spores

★ À maîtriser

• La sporulation bactérienne forme des endospores chez des bactéries Gram positives, notamment des Firmicutes comme les Bacillaceae et les Clostridia.

• Le cœur d’une endospore est déshydraté, riche en acide dipicolinique et en ions calcium, et contient des SASP (small acid-soluble proteins).

• L’endospore comprend un cortex de peptidoglycanes branchés, une tunique constituée de couches de protéines spécifiques aux spores et une couverture externe appelée croûte ou exosporium.

• Une endospore peut être activée, germer sous l’effet de germinants nutritifs ou non nutritifs, puis reprendre sa croissance.

Compléments

• Les structures de dormance ou de protection citées sont :

  • les myxospores de Myxococcus
  • les kystes d’Azotobacter et de Rhodospirillum
  • les akinètes des cyanobactéries

• Les endospores résistent à la chaleur, aux stress chimiques, aux UV et à d’autres rayonnements.

📌 Une spore non germée est résistante à la chaleur, tandis qu’une spore germée y est sensible.

📖 2. Fonctions différenciées et métabolites

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolites primaires : Molécules synthétisées par les microorganismes lors de leur multiplication et qui contribuent activement à leur croissance, comme les protéines, les acides aminés, les vitamines et les glucides.
• Métabolites secondaires : Molécules généralement produites pendant la phase stationnaire et qui n’ont pas nécessairement de fonction précise dans le métabolisme microbien, comme les pigments, les antibiotiques et les mycotoxines.

📝 Points essentiels

• Les phénazines, produites par une grande variété de bactéries, peuvent servir de transporteurs d’électrons ou de sidérophores et participer à la virulence ou à la formation de biofilm.

• La violacéine, produite par Chromobacterium violaceum sous contrôle du quorum sensing, possède une activité antimicrobienne et antivirale.

• Les caroténoïdes sont produits par des microorganismes, des algues, des champignons et des plantes en réponse aux stress et contribuent notamment à la protection contre les rayonnements UV.

• Les exemples d’antibiotiques et leurs producteurs sont :

  • la pénicilline de Penicillium chrysogenum
  • la streptomycine de Streptomyces griseus
  • l’érythromycine de Streptomyces erythreus
  • la daptomycine de Streptomyces roseosporus

💡 Astuce mémo

Métabolites primaires : croissance ; secondaires : souvent phase stationnaire

📖 3. Cellules persistantes et tolérance

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules persistantes : Cellules en dormance partielle, à croissance très lente ou arrêtée, et soumises à un contrôle restrictif du stress oxydatif.

★ À maîtriser

• La différenciation en cellules persistantes est induite par l’environnement, notamment le stress, la présence d’un biofilm ou l’endocytose par des macrophages, ainsi que par un facteur stochastique.

Compléments

• La variation menant aux cellules persistantes est principalement phénotypique, mais certaines mutations peuvent augmenter leur taux d’apparition.

• Pour contourner les persisters, on peut utiliser des antibiotiques dont la cible n’a pas besoin d’être métaboliquement active, forcer les persisters à reprendre leur croissance ou modifier chimiquement des antibiotiques connus, par exemple avec des anticorps-antibiotiques.

💡 Astuce mémo

Stress ou hasard → dormance partielle → persistance aux traitements

📖 4. Multicellularité microbienne

★ À maîtriser

• Les formes de multicellularité microbienne citées sont : les filaments, les essaims de déplacement, les procaryotes magnétotactiques multicellulaires, les agrégats tels que les biofilms

• Les avantages de la multicellularité microbienne sont : la résistance aux stress tels que la température, le pH et la pression osmotique, une meilleure utilisation des nutriments, la protection contre les prédateurs, la possibilité de division des tâches

Compléments

• Myxococcus xanthus est donné comme exemple de microorganisme formant des essaims de déplacement.

• Pseudomonas aeruginosa est donné comme exemple de microorganisme formant des biofilms.

• Les coûts de la multicellularité microbienne comprennent : l’énergie nécessaire à la synthèse des adhésines et des molécules de communication, la limitation du mouvement, la gestion des tricheurs

📖 5. Coopération et division du travail

★ À maîtriser

📌 La division du travail exige des types cellulaires clairement définis et mutuellement exclusifs ainsi qu’une coopération entre eux pour accomplir des tâches complémentaires.

• La division du travail permet à une population d’effectuer simultanément deux activités métaboliquement coûteuses et augmente le fitness global de la population.

Compléments

• Chez Bacillus subtilis, des cellules peuvent se différencier pour produire des biosurfactants ou des exopolysaccharides.

• Chez Volvox carteri, la motilité et la reproduction sont réparties entre des cellules distinctes, dont des cellules germinales.

💡 Astuce mémo

Coopération entre types distincts → tâches complémentaires → meilleur fitness

📖 6. Tricheurs et reconnaissance intra-espèce

🔑 Notions clés & Définitions

• Reconnaissance des pairs : Sélection du soi ou élimination des autres au sein d’une population, dont les individus peuvent différer fortement par leur génome.

📝 Points essentiels

📌 Les tricheurs de biens communs exploitent des ressources ou bénéfices collectifs, tandis que les tricheurs développementaux perturbent la coopération au cours du développement.

• La proximité physique est une stratégie proposée pour limiter les tricheurs au sein d’une même espèce, avec Vibrio cholerae comme exemple.

• Chez Dictyostelium discoideum, la sélection du soi repose sur le contrôle du développement par contact direct et par des protéines extracellulaires.

• Parmi 39 souches de Bacillus subtilis isolées dans un centimètre cube de sol, 12 groupes de reconnaissance ont été identifiés.

• Chez Bacillus subtilis, la reconnaissance et l’élimination des souches non compatibles impliquent des molécules antimicrobiennes et la surface cellulaire, tandis que les souches compatibles peuvent coloniser la racine.

💡 Astuce mémo

Sélection du soi chez Dictyostelium ; élimination des autres chez Bacillus

📖 7. Reconnaissance par contact et attaque

★ À maîtriser

• Dans l’inhibition dépendante du contact, CdiA livre son extrémité toxique à une cellule cible; la toxine peut dégrader l’ARNt et causer des dommages cellulaires.

📌 La protéine CdiI correspondante inactive la toxine CdiA et confère l’immunité, tandis qu’une cellule dépourvue du CdiI correspondant subit des dommages et une inhibition de croissance.

Compléments

• L’inhibition dépendante du contact est signalée chez Escherichia coli, Photorhabdus luminescens et Yersinia pestis.

• Pseudomonas aeruginosa est présenté comme exemple de reconnaissance inter-espèces par élimination des autres.

• 🔄 La séquence d’interaction comprend :

  1. attaque
  2. assemblage
  3. contre-attaque
  4. redéploiement

💡 Astuce mémo

Contact → livraison de la toxine → immunité CdiI ou dommages cellulaires

📖 8. Interactions inter-espèces

★ À maîtriser

• Les interactions inter-espèces comprennent :

  • la signalisation
  • l’antibiose
  • les interactions trophiques
  • le mutualisme
  • la compétition

• Les molécules médiant la communication inter-espèces comprennent :

  • les molécules de quorum sensing
  • les antibiotiques
  • les peptidoglycanes
  • les surfactants
  • les sidérophores

Compléments

• La compétition inter-espèces peut se manifester par la modification du pH, la compétition pour le fer ou la modification du biofilm.

• Les réponses à la communication inter-espèces peuvent inhiber ou stimuler la croissance et le biofilm, induire la synthèse de métabolites secondaires ou altérer la virulence.

• Dans un exemple de compétition, Streptomyces coelicolor et Amycolatopsis AA4 sont associés à la manipulation de l’environnement par l’amycheline et l’acyl-déférioxamine.

📖 9. Interactions inter-règnes

★ À maîtriser

• Candida albicans et Pseudomonas aeruginosa sont présentés comme partenaires d’une interaction inter-règnes étudiée dans le contexte de la bataille des pathogènes.

Compléments

• L’interaction entre Pseudomonas aeruginosa et Candida albicans est présentée dans deux sens: P. aeruginosa vers C. albicans et C. albicans vers P. aeruginosa.