Fiche de révision : Diversité du monde microbien

📋 Plan du Cours

1. Définitions et domaines microbiologiques
2. Repères historiques de la microbiologie
3. Classification du monde vivant
4. Généralités sur les virus
5. Structure et formes virales
6. Reproduction et lutte antivirale
7. Biologie générale des bactéries
8. Organisation et capsule bactériennes
9. Capsule et biofilm
10. Paroi et coloration de Gram
11. Membrane et cytoplasme
12. Ribosomes et matériel génétique
13. Flagelles, chimiotactisme et pilis
14. Endospores et résistances
15. Nutrition et types trophiques
16. Croissance bactérienne

📅 Repères chronologiques

1. 1664Antonie van Leeuwenhoek observe pour la première fois une bactérie grâce à ses microscopes.
2. 14 mai 1796Edward Jenner inocule la vaccine bovine afin d’immuniser contre la variole humaine. — Edouard JENNER, 1796
3. fin du XIXe siècleLa microbiologie est née, tandis que l’utilisation des bactéries, des moisissures et des champignons était déjà connue depuis l’Antiquité.

📖 1. Définitions et domaines microbiologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Microbiologie : Science qui étudie les organismes de petite taille invisibles à l’œil nu.
• Être vivant : Organisme doué de métabolisme et capable de se reproduire.
• Maladie infectieuse : Due à un microorganisme et pouvant être transmise par contact direct ou indirect, comme le choléra dû à Vibrio cholerae.

★ À maîtriser

📌 Les moisissures sont des mycètes pluricellulaires formant un mycélium, tandis que les levures sont des mycètes unicellulaires.

• La bactériologie étudie les bactéries, la virologie étudie les virus et la mycologie étudie les champignons microscopiques.

📌 Les virus ne sont pas des structures cellulaires, contrairement aux bactéries et aux champignons.

Compléments

📌 Les micromycètes ont des structures de fructification ou de sporulation microscopiques, tandis que les macromycètes forment des sporophores visibles à l’œil nu.

💡 Astuce mémo

Cellule bactérienne ou fongique, mais virus non cellulaire

📖 2. Repères historiques de la microbiologie

📝 Points essentiels

• Les cyanobactéries sont des bactéries à Gram négatif, photosynthétiques et oxygéniques, qui ont produit l’oxygène de notre atmosphère.

• Robert Hooke observe des chambres microscopiques dans une écorce de chêne-liège et propose la notion de cellule individuelle.

• Les postulats de Koch établissent un lien causal entre un pathogène et une maladie en exigeant sa présence chez les malades, sa culture pure, la reproduction de la maladie après inoculation et sa ré-isolation identique. — Robert KOCH

• Pasteur définit la stérilisation par chauffage d’un milieu, l’asepsie par son maintien stérile, la contamination par son contact avec l’air et l’inoculation par sa contamination volontaire pour lancer une culture. — Louis PASTEUR

💡 Astuce mémo

Leeuwenhoek observe, Pasteur expérimente, Koch démontre

📖 3. Classification du monde vivant

📝 Points essentiels

📌 Les procaryotes possèdent des ribosomes mais pas de noyau, de mitochondrie, de chloroplaste, de réticulum endoplasmique, d’appareil de Golgi, de membrane nucléaire ni de centrosome.

📌 Les cellules eucaryotes possèdent un noyau, des ribosomes, des mitochondries, un réticulum endoplasmique, un appareil de Golgi, une membrane nucléaire et un centrosome.

• Les trois domaines sont (Carl R. Woese, 1984):
  • les Archées
  • les Bactéries
  • les Eucaryotes

📌 En taxonomie moderne, plus les séquences d’ADN, d’ARN ou de protéines de deux organismes sont similaires, plus ces organismes sont considérés comme phylogénétiquement proches. — Carl R. Woese

💡 Astuce mémo

Procaryotes sans noyau, eucaryotes avec noyau

📖 4. Généralités sur les virus

🔑 Notions clés & Définitions

• Virus : Agent infectieux constitué au maximum d’un génome d’ADN ou d’ARN, d’une capside protéique et parfois d’une enveloppe.
• Parasite intracellulaire obligatoire : Organisme qui ne peut répliquer son matériel génétique ni synthétiser ses protéines sans utiliser les systèmes d’une cellule hôte.

★ À maîtriser

📌 La forme intracellulaire d’un virus est présente dans la cellule hôte, tandis que sa forme extracellulaire libre est appelée virion.

Compléments

• La plupart des virus mesurent entre 20 et 80 nm, le virus de la rage mesure 125 nm, le virus grippal H1N1 85 nm et le virus de l’encéphalite japonaise 18 nm.

• Le virophage est un virus de virus découvert par Didier Raoult en 2008, tandis que le Mimivirus, découvert dans une amibe en 2003, est le plus gros virus connu avec une taille de 400 nm.

💡 Astuce mémo

Intracellulaire vivant, extracellulaire virion inerte

📖 5. Structure et formes virales

🔑 Notions clés & Définitions

• Génome viral : Constitué d’un seul type d’acide nucléique, ADN ou ARN, qui peut être simple ou double brin, segmenté ou non, et linéaire ou circulaire.
• Capside : Structure protéique qui entoure et protège le génome viral, donne sa forme au virus et porte des antigènes chez les virus dépourvus d’enveloppe.
• Péplos : Enveloppe membranaire formée d’une double couche de phospholipides issue des membranes cytoplasmiques ou nucléaires de la cellule hôte et portant des spicules viraux.

📝 Points essentiels

📌 La capside virale peut avoir une structure hélicoïdale ou icosaédrique, tandis que les virus complexes présentent une symétrie binaire avec une tête et une queue.

📌 Les virus enveloppés sont sensibles aux détergents et aux acides qui dégradent leur enveloppe lipidique, tandis que les virus nus sont plus résistants grâce à leur capside protéique.

💡 Astuce mémo

Génome, capside, enveloppe

📖 6. Reproduction et lutte antivirale

🔑 Notions clés & Définitions

• Phagothérapie : Utilisation de bactériophages lytiques pour traiter des infections bactériennes dues à des bactéries multirésistantes aux antibiotiques.

★ À maîtriser

• Le cycle lytique d’un bactériophage comprend l’adhésion aux récepteurs bactériens, l’injection de l’ADN, le détournement de la machinerie cellulaire, l’assemblage des virions et la lyse de la bactérie, qui libère 100 à 200 virions.

📌 Dans le cycle lysogénique, l’ADN viral s’intègre au chromosome bactérien, est lu comme un gène bactérien puis peut ressortir pour entrer dans un cycle lytique.

• Lors d’un cycle lytique d’un virus à ADN, l’ADN viral se réplique avec les enzymes de l’hôte, est transcrit et traduit, s’assemble avec les protéines de capside puis forme des virions.

• Un rétrovirus comme le VIH convertit son ARN en ADN grâce à la transcriptase inverse, intègre cet ADN au génome de l’hôte, produit des protéines virales et libère de nouveaux virus.

📌 Les antibiotiques sont efficaces contre les bactéries, mais ils sont inefficaces contre les virus, pour lesquels la prévention repose sur la vaccination et le traitement sur des antiviraux.

• La phagothérapie possède un spectre extrêmement étroit, car chaque bactériophage est spécialisé sur une bactérie précise, comme Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ou Escherichia coli.

Compléments

📌 L’acyclovir est un nucléoside artificiel activé en acyclovir triphosphate qui inhibe l’ADN polymérase virale et arrête la réplication de l’ADN viral.

💡 Astuce mémo

Détournement de la cellule hôte → production puis libération des virions

📖 7. Biologie générale des bactéries

🔑 Notions clés & Définitions

• Bactérie : Organisme unicellulaire doué de métabolisme, capable de croître et de se multiplier grâce à des substances nutritives.

★ À maîtriser

📌 Une bactérie aérobie utilise l’O2 comme accepteur terminal d’électrons, tandis qu’une bactérie fermentative utilise une molécule organique à la place de l’O2.

📌 Une bactérie autotrophe utilise le CO2 comme source de carbone, tandis qu’une bactérie hétérotrophe utilise la matière organique.

• Les bactéries se multiplient par scissiparité, c’est-à-dire par division cellulaire.

📌 La cellule végétative bactérienne est active et autonome, tandis que l’endospore est une structure de résistance inactive produite seulement par certaines bactéries.

Compléments

• La concentration bactérienne varie selon les milieux, de 10² bactéries par m³ dans l’air de campagne à 10⁵ bactéries par m³ dans le métro parisien, et de 10² bactéries par mL au milieu de l’océan à 10⁹ bactéries par mL dans la lagune de Venise.

• Les principales formes bactériennes sont:

  • coque
  • coccobacille
  • bâtonnet droit
  • bâtonnet incurvé
  • spirille
  • forme isolée ou en paires
  • chaînettes, chaînes ou amas
  • tétrades ou sarcines

💡 Astuce mémo

Respiration avec O₂, fermentation sans O₂

📖 8. Organisation et capsule bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Capsule bactérienne : Couche organique visqueuse à contour net, fabriquée dans le cytoplasme puis exportée à la périphérie de la cellule où elle adhère.

★ À maîtriser

• La cellule végétative bactérienne contient environ 80 % d’eau, tandis que la spore n’en contient que 15 à 20 %.

📌 Chez les bactéries Gram négatif, la paroi comprend la membrane externe et le peptidoglycane, tandis que chez les bactéries Gram positif elle comprend uniquement le peptidoglycane.

• Les bactéries possèdent un chromosome circulaire central et des plasmides, mais leur ADN n’est pas contenu dans un noyau.

📌 Le slime est une couche mucoïde aux contours flous qui n’adhère pas à la cellule, tandis que la capsule possède des contours nets et adhère à la cellule.

📌 La capsule ou le slime protège les bactéries contre la phagocytose, les prédateurs et les bactériophages, favorise leur adhésion aux supports, limite la dessiccation et constitue un support de pathogénicité et d’antigénicité.

Compléments

• La composition atomique approximative du poids sec est:
  • 50 % de carbone
  • 20 % d’oxygène
  • 15 % d’azote
  • 10 % d’hydrogène
  • 3 % de phosphore
  • 1 % de soufre
  • 1 % d’autres éléments

💡 Astuce mémo

Paroi ≠ membrane, capsule ≠ paroi

📖 9. Capsule et biofilm

🔑 Notions clés & Définitions

• Capsule bactérienne : Enveloppe généralement constituée de polyosides extracellulaires, rarement de polypeptides, située à l’extérieur de la paroi.
• Biofilm : Population de microorganismes enrobée dans une matrice extracellulaire autoproduite et développée sur une surface minérale ou vivante.

📝 Points essentiels

📌 La capsule ou le slime protège les bactéries contre la phagocytose, les protozoaires prédateurs et les bactériophages, et favorise leur adhésion aux surfaces grâce aux exopolysaccharides.

💡 Astuce mémo

Liberté bactérienne = dangers ; association en biofilm = force

📖 10. Paroi et coloration de Gram

🔑 Notions clés & Définitions

• Paroi bactérienne : Enveloppe plus ou moins rigide située à l’extérieur de la membrane plasmique, sous la capsule lorsqu’elle est présente.
• Muréine : Polymère de N-acétyl-glucosamine et d’acide N-acétyl-muramique liés par des liaisons β(1→4), puis reliés entre eux par des ponts peptidiques.

★ À maîtriser

• 🔄 La coloration de Gram suit les étapes suivantes:

  1. Préparer et fixer le frottis
  2. Colorer au cristal violet
  3. Fixer au Lugol
  4. Décolorer à l’éthanol
  5. Recolorer à la safranine ou à la fuchsine
  6. Observer au microscope à l’immersion

• La coloration de Gram doit être réalisée sur des bactéries âgées de 24 à 48 heures et permet de distinguer les bactéries Gram positif des Gram négatif, leur forme, leurs associations et la pureté de la souche.

Compléments

• Les bactéries du genre Mycoplasma n’ont pas de paroi, peuvent être polymorphes et Mycoplasma genitalium possède un génome de 580 kb.

💡 Astuce mémo

Gram + : paroi épaisse ; Gram − : couche fine et membrane externe

📖 11. Membrane et cytoplasme

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche de phospholipides contenant des protéines intégrées et située sous la paroi.

📝 Points essentiels

📌 La membrane plasmique assure la frontière cellulaire, le transport des substances, la réception du chimiotactisme, l’ancrage des flagelles et des pilis, la chaîne respiratoire et la synthèse de constituants de la paroi.

• Le cytoplasme bactérien est un hydrogel colloïdal contenant 90 à 95 % d’eau, dont le pH est compris entre 7 et 7,2, et qui ne contient aucun organite délimité par une membrane.

💡 Astuce mémo

Amphipathie des phospholipides → bicouche membranaire et perméabilité sélective

📖 12. Ribosomes et matériel génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromosome circulaire central : Principale molécule d’ADN bactérien, haploïde et condensée, non entourée par une membrane phospholipidique.

★ À maîtriser

📌 Le ribosome procaryote est 70S, formé des sous-unités 50S et 30S, tandis que le ribosome eucaryote est 80S, formé des sous-unités 60S et 40S.

📌 Les ribosomes assurent la synthèse des protéines en traduisant les messages du génome transmis par les ARNm et les ARNt.

• Les plasmides sont des molécules d’ADN circulaires découvertes par Lederberg en 1952, capables de s’autorépliquer indépendamment du chromosome et présentes à raison de 1 à 100 copies par cellule.

Compléments

• Chez Escherichia coli, le chromosome circulaire central mesure 1,5 μm sous forme condensée, contient 3,8 × 10^6 paires de bases et environ 900 gènes chromosomiques.

💡 Astuce mémo

Même ADN chimique chez procaryotes et eucaryotes, mais organisation différente

📖 13. Flagelles, chimiotactisme et pilis

🔑 Notions clés & Définitions

• Chimiotactisme : Perception et identification d’une substance par une bactérie, suivies d’un mouvement vers celle-ci ou d’un éloignement.

★ À maîtriser

• Les flagelles sont des appendices locomoteurs dont le nombre et l’implantation, polaire ou péritriche, varient selon les espèces et servent à leur identification taxonomique.

📌 Les pilis communs sont nombreux, courts et impliqués dans l’adhésion, tandis que les pilis sexuels sont longs, présents à raison de 1 à 4 par cellule et impliqués dans la conjugaison.

Compléments

• Les flagelles mesurent de 6 à 20 μm de longueur et de 12 à 25 nm de diamètre et peuvent être observés au microscope optique après coloration au nitrate d’argent.

💡 Astuce mémo

Percevoir → identifier → se rapprocher ou s’éloigner

📖 14. Endospores et résistances

🔑 Notions clés & Définitions

• Endospore : Structure de résistance fabriquée dans le cytoplasme par certaines bactéries Gram positif lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables.

★ À maîtriser

• Les endospores n’ont aucune activité métabolique, résistent à la dessiccation et peuvent se conserver pendant des milliers d’années.

📌 La thermorésistance des spores est liée à leur faible teneur en eau de 15 à 20 %, à l’imperméabilité de la tunique et à la présence de dipicolinate de calcium représentant 10 à 15 % du poids sec.

• La spore de Clostridium botulinum résiste 5 heures à 100 °C et 10 minutes à 120 °C, ce qui rend la pasteurisation entre 60 et 65 °C inefficace contre les spores.

• La tyndallisation consiste à chauffer trois fois le produit à stériliser à 60 °C pendant 30 minutes afin de tuer successivement les formes végétatives issues de la germination des spores. — John Tyndall, 1820 - 1893

Compléments

• Les genres producteurs d’endospores sont:
  • Bacillus
  • Sporolactobacillus
  • Clostridium
  • Desulfotomaculum
  • Sporosarcina
  • Oscillospira

💡 Astuce mémo

Conditions défavorables → sporulation → résistance accrue

📖 15. Nutrition et types trophiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme énergétique : Ensemble des mécanismes permettant d’acquérir de l’énergie, de la consommer dans les synthèses ou de la stocker sous forme d’ATP, d’ADP ou d’AMP.

★ À maîtriser

📌 Les bactéries phototrophes utilisent la lumière comme source d’énergie, tandis que les bactéries chimiotrophes utilisent des réactions d’oxydoréduction.

• Les quatre types trophiques sont:
  • Photolithotrophes
  • Photoorganotrophes
  • Chimio-lithotrophes
  • Chimio-organotrophes

📌 Les bactéries aérobies strictes utilisent l’oxygène comme accepteur terminal d’électrons et meurent en son absence, tandis que les bactéries anaérobies strictes meurent en présence d’oxygène.

Compléments

📌 Les bactéries aéro-anaérobies facultatives vivent avec ou sans oxygène, les bactéries anaérobies aérotolérantes vivent sans oxygène mais le supportent, et les bactéries microaérophiles exigent une faible tension en oxygène.

💡 Astuce mémo

Autotrophe : CO₂ ; hétérotrophe : matière organique

📖 16. Croissance bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Croissance bactérienne : Augmentation du nombre d’individus et de la biomasse d’une population, les bactéries se multipliant par scissiparité.

★ À maîtriser

• Le temps de génération est la durée entre deux divisions cellulaires et correspond au temps nécessaire au doublement de la population bactérienne.

• 🔄 La croissance bactérienne se déroule en cinq phases:

  1. Phase de latence
  2. Phase de croissance exponentielle ou logarithmique
  3. Phase de ralentissement
  4. Phase stationnaire
  5. Phase de déclin

📐 Formule — Pendant la phase exponentielle, la population bactérienne suit la relation $N_t = 2^n N_0$, où n est le nombre de générations, et aussi la relation $N_t = N_0 e^{\mu t}$.

📐 Formule — Le taux de croissance vérifie $\mu = \frac{n}{t} = \frac{\log N_t - \log N_0}{0{,}301\,t}$ et le temps de génération vérifie $g = \frac{1}{\mu} = \frac{0{,}301\,t}{\log N_t - \log N_0}$.

Compléments

• Pour une population passant de 10³ à 10⁹ bactéries par millilitre en 10 heures, le taux de croissance est de 2 générations par heure et le temps de génération est de 0,5 heure, soit 30 minutes.

💡 Astuce mémo

Latence → exponentielle → ralentissement → stationnaire → déclin

📊 Tableaux de synthèse

Procaryotes et eucaryotes

Types respiratoires et oxygène