Universit Saad Dahleb de Blida Facult de mdecine Dpartement de
chirurgie dentaire 2eme anne chirurgie dentaire Module de
microbiologie Dr S.OUKID
2011/2012
Introduction au monde microbien et anatomie fonctionnelle de la
bactrie Plan du cours : I. Introduction au monde microbien 1.
Historique 2. Place des micro-organismes dans le monde vivant 3.
Gnralits sur le monde bactrien Anatomie fonctionnelle de la bactrie
A-MORPHOLOGIE DE LA BACTERIE B - STRUCTURE DE LA BACTERIE : 1.
Elments obligatoires : a) Appareil nuclaire ou chromosome bactrien
b) Cytoplasme c) Membrane cytoplasmique d) Paroi bactrienne :
structure et rle 2. Elments facultatifs a) Glycocalyx b) Flagelles
ou cils c) Pilis d) Plasmides C-BIOFILM D-SPORE
II.
Bibliographie : Gnralit : structure gnrale des bactries ,
anatomie fonctionnelle des bactries et application au diagnostic,
Dr YALA Le monde microbien, Pr NAIM Le monde microbien, les virus
et le fonctionnement de lcosystme, CNRS, 2010
I-
Introduction au monde microbien
Les microorganismes sont des tres vivants invisibles lil nu.
Sous ce terme, sont regroups virus, bactries, protozoaires, algues
et champignons microscopiques. Ils sont ubiquitaires et reprsentent
la biomasse la plus importante de la Terre. Ils sont indispensables
lquilibre de la biosphre en participant aux cycles lmentaires de la
nature. Ils peuvent tre bnfiques et utiles tout autant que nfastes.
On considre quils sont apparus il y a environ 3,8 milliards dannes
et leur mise en vidence, qui a bnfici des progrs de loptique,
remonte au XVIIe sicle. Les bactries et les virus omniprsents dans
lenvironnement, presentent un problme en mdecine humaine par leur
grande virulence et leur capacit de provoquer des infections graves
( ex : hpatite virale C) mme mortelles (ex : ttanos) , se sont des
bactries ou virus pathognes. Toutefois, certaines bactries vivent
ltat saprophytes dans lenvironnement ou ltat commensal dans les
flores de lhomme, sont non pathognes En chirurgie dentaire, o on
est constamment confronter au risque infectieux et aux risque de
complications infectieuses lies aux soins dentaires, on doit
connaitre lagent infectieux pour pouvoir le combattre et viter
linfection. 1- Historique Le mot MICROBE signifie tre vivant
microscopique (SEDILLOT - 1878) L'existence d'un monde microbien
fut mconnue jusqu' l'invention du microscope au dbut du XVIIme
sicle La dcouverte des micro-organismes est attribue au hollandais
Antonie VAN LEEVENHOEK (1632 - 1723), marchand de la ville de
Delft, qui-observa, au moyen d'un microscopie rudimentaire de sa
fabrication, un grand nombre de particules invisibles loeil nu,
qu'il appelait animalcules Parmi ces micro-organismes extrmement
petits, il dcrivit des formes diverses (sphres, btonnets,
spirilles) correspondant aux principales varits morphologiques des
bactries La microbiologie mdicale est ne dans la 2eme partie du
XIXeme sicle avec les travaux de Louis PASTEUR et Robert KOCH qui
dmontrrent le rle des micro-organismes dans la transformation de la
matire organique (fermentation) et dans les maladies 2- Place des
micro-organismes dans le monde microbien Les microbes ne sont ni
des animaux, ni des vgtaux, ils appartiennent un 3eme rgne cre par
Haeckel ; celui des Protistes. Les protistes sont des tres
gnralement unicellulaire (parfois pluricellulaires mais
diffrenciation tissulaire) et se subdivisent en deux groupes : Les
protistes suprieurs ou EUCARYOTES : sont des cellules identiques
aux cellules animales ou vgtales avec un vrai noyau et les
diffrentes structures retrouves dans le cytoplasme.
-
Les protistes inferieurs ou PROCARYOTES : sont des cellules
atypiques avec un noyau primitif sans membrane nuclaire et
dpourvues de nombreuses organites cytoplasmiques ( bactries, algues
bleues , cyanophyces).
Les bactries se distinguent des cellules eucaryotes, vegetales
et animales non seulement par leur petite taille ( 1-10 micromtre),
mais aussi par leur structure particulires essentiellement labsence
de membrane nuclaire et leur mode de division ( par scissiparit).
Au cours de lvolution la bactrie garder sa petite taille et aurait
acquis une paroi alors que la cellule eucaryote aurait augment de
taille en mme temps que des formations particulires sur
diffrenciaient lintrieur de la cellule ( la membrane nuclaire,
organite intra cytoplasmiques, appareil de Golgi..). La bactrie se
distingue des virus qui sont gnralement de taille encore plus
petite essentiellement par lexistence en elle la fois dADN et dARN
alors que les virus nont quun seul type dacide nuclique. Les virus
sont incapables de rplication autonome, se sont des parasite
intracellulaires obligatoires des cellules eucaryotes ou
procaryotes (bactriophages) . 3- Gnralits sur le monde bactrien Les
bactries sont des micro-organismes le plus souvent unicellulaires.
Trs diverses dans leur cologie, leur morphologie, leur physiologie
et leur pouvoir pathogne . Elles reprsentent nanmoins des caractres
structuraux et fonctionnels de base communs qui permettent de
dfinir et de dlimiter le monde bactrien. Depuis le milieu de XXo
sicle ; ltude des bactries a considrablement progresser, tant sur
le plan structural que sur le plan physiologique. Largement rpandu
dans le sol et les eaux, elles jouent un rle fondamental dans le
cycle de la matire : Interviennent dans lquilibre biologique des
espces, Constituant un outil prfr des gnticiens (les bactries
constituent un systme gntique simple,) En perptuel comptition avec
les autres tres vivants.
Ltude gnrale des bactries va nous montrer les corrlations entre
structures et fonctions chez ces micro-organismes. Leur anatomie
permet de comprendre dune part, leur capacit de rsistance dans le
milieu extrieur, dautre part leur pouvoir de synthtiser des
molcules indispensables a leur croissance et leur multiplication.
Mais des changements peuvent survenir. Adaptation au milieu ambiant
( spore), modification gntique (mutation, plasmide) sont des
facteurs de variabilit qui retentissent sur les caractres
phnotypiques.
II-
Anatomie fonctionnelle de la bactrie
Au microscope optique : On observe la plupart des bactries. La
morphologie ou la configuration externe et les groupements
caractristiques des bactries ont pu ainsi tre minutieusement dcrit
pratiquement ds leur dcouverte. Ces caractres ont pendant longtemps
tenu une grande place dans lidentification et la classification des
bactries. Par contre ltude de la structure fine des constituants
internes de la cellule bactrienne na t entreprise quaprs lapport de
la microscopie lectronique . Paralllement aux connaissances
acquises sur laspect structural, ont t tablies des corrlations
entre chaque lment de structure et une ou plusieurs fonctions
spcifiques. Ainsi est ne une vritable anatomie fonctionnelle des
bactries. MORPHOLOGIE DE LA BACTERIE Les bactries apparaissent
comme des corpuscules sphriques ( coque ou cocci) ou cylindriques (
bacilles) ou incurves ( ex de bactries : vibrions cholrique) ou
hlicodales ( ex : spirochtes et trponmes) dans la plus grande
dimension nexcde pas gnralement 4 micromtre en moyenne . Ltude
morphologique des bactrie peut tre effectu au microscope optique
soit ltait frais soit aprs coloration ( voir les diaporamas du
cours) Pour les diffrentes formes des bactries : voir diaporamas du
cours. STRUCTURE DE LA BACTERIE La bactrie est une cellule vivante
constitue dlments obligatoires et dlments facultatifs. Les lments
obligatoires sont : appareil nuclaire ou chromosome bactrien,
cytoplasme, membrane cytoplasmique et la paroi bactrienne Les
lments facultatifs sont : le glycocalyx , les flagelles ou cils ,
les pilis et les plasmides Une dernire structure : la spore qui
sindividualise par le fait quelle reprsente elle seule une bactrie
entire mais sous un aspect diffrent Les bactries ont la capacit
dadhrer sur nimporte quelle surface formant des biofilms . si ils
se forment la surface de la dent, les biofilms sont lorigine de la
formation de plaque dentaire qui voluera vers la carie dentaire. 1-
Elments obligatoires a- Appareil nuclaire ou chromosome bactrien
Reprsent par un SEUL chromosome circulaire, constitu dune molcule
dADN bi catnaire en double hlice. Il mesure en gnral prs de 1000
fois la longueur de la bactrie. Lappareil nuclaire constitue le
support de linformation gntique.
De la taille du gnome dpendent en trs grande partie les capacits
mtaboliques des bactries. Cest ainsi que les souches possdent les
gnomes les plus petits ont des capacits enzymatiques limits (
germes exigeants) alors que celles qui disposent dun gnome plus
grand disposent dactivits enzymatiques multiples ( germes non
exigeants pour leur croissance). b- Cytoplasme Le cytoplasme des
procaryotes prsente une structure simplifie par rapport au
cytoplasme des cellules procaryotes. Il nexiste pas de rticulum
endoplasmique, ni dorganites tels que les mitochondries, les
chloroplastes, lappareil de Golgi, les lysosomes. Il est compos
dune masse amorphe assez dense aux lectrons. Il reste ltat de gel
permanent. Nettement dlimit par la membrane cytoplasmique, il est
essentiellement constitu de ribosomes et de diverses inclusions. c-
Membrane cytoplasmique Enveloppe mince compose de bicouche
lipidique et de protines membranaires (intgres ou priphriques) La
membrane cytoplasmique est en contacte soit avec le cytoplasme soit
avec lespace pri plasmique Membrane cytoplasmique des bactries ne
contient pas des strols sauf celle des mycoplasmes Elle joue un rle
essentiel dans la vie de la bactrie. Cest une membrane
semi-permable qui rgle les changes entre le cytoplasme et le milieu
extrieur : - Concentration de substance dans le cytoplasme jusqu
500 fois par rapport la concentration du milieu extrieur -
Rgulation osmotique permettant la bactrie de conserver ses ions
essentiels - Rgulation mtabolique grce une permabilit slective -
Certaines molcules diffusent passivement lintrieur de la bactrie,
dautre ncessitent un transport actif utilisant des enzymes
spcifiques appeles Permases. Ces dernires assurent lentre spcifique
et active de substances dtermines utiles au mtabolisme bactrien. -
Excrtion de diverses substances par la bactrie comme les enzymes
extracellulaire et les exotoxines libres par la bactrie. Lexcrtion
de ces substances peut intervenir dans le pouvoir pathognes des
bactries. - Dautres part, la membrane cytoplasmique est le sige des
enzymes respiratoires ( la chaine respiratoire) apparaissant ainsi
comme lquivalent fonctionnel des mitochondries des cellules
eucaryotes ( retenir) .
d- La paroi bactrienne La paroi bactrienne est une structure
rigide retrouve de manire quasi-constante . seuls les mycoplasmes
(espce bactrienne naturellement dpourvue de paroi) nen possdent
pas. - Structure de la paroi : Laffinit tinctorial de la bactrie
aprs coloration de Gram permet ltude de la paroi bactrienne : on
distingue les bactries qui retiennent les colorants : bactries Gram
positif de couleur violet , et les bactries qui ne retiennent pas
les colorants : bactries Gram ngatif de couleur rose. La coloration
de Gram se fait en 4 temps : coloration au violet de gentiane ,
fixation au lugol , dcoloration par lalcool et contre coloration la
fuchsine . Lultra structure de la paroi montre quelle est constitu
dun lment structural essentiel et prdominant est : LE
PEPTIDOGLYGANE (rigidit de la paroi et le maintien de la forme de
la bactrie). la paroi des Gram positif est plus paisse que celle
des Gram ngatif , car elle contient plus de peptidoglycane. La
paroi des Gram positif est paisse et contient 40 95% de
peptidoglycane melangs des acides teichoiques . le rle des acides
teichoiques pourrait tre : rcepteur des bactriophages . Certaines
bactries Gram positif possdent des polysaccharides et des protines,
en plus. Par contre, la paroi des Gram ngatif sont compos dune
couche mince de peptidoglycane au dessus de la quelle se prsente
une membrane externe compos dune bicouche lipidique mlange des
protines membranaires (porines) et des lipopolysaccharides LPS
(support de antigenicit bactrienne et facteur de virulence
:endotoxine) . le peptidoglycane et la membrane externe spar par un
espace periplasmique o est libr les enzymes bactriennes notamment
les enzymes qui inactivent les antibiotiques. La paroi bactrienne
joue un rle important : - Rigidit : protection du choc osmotique et
maintien de la forme de la bactrie - Identification de la bactrie
par son aspect tinctorial et ses proprites antignique - Porteur de
facteur de virulence : LPS - Porteur de site de rcepteur de
bactriophages - Cible des antibiotiques 2- Elments facultatifs Ce
sont des lments qui ne sont pas retrouvs chez toutes les bactries ;
leur absence nentraine pas la mort de la bactrie. a- Glycocalyx
Cest tout compos renfermant des polysaccharides et situ la surface
de la paroi des bactries Gram positif ou situ la surface de la
membrane externe des bactries Gram ngatif. Deux catgories : la
capsule et le slime Rle du glycocalyx : - Aurait un rle dans
ladhsion des bactries sur un certains nombre de cellules - Joue un
rle de protection - La capsule reprsente un facteur de virulence
responsable du pouvoir pathogne de la bactrie ( ex pneumocoque). On
sait galement que cette virulence est lie au fait que
les cellules phagocytaires ne sont pas capable dexercer leur rle
par suite de la prsence de polysaccharides capsulaires. - La
capsule est le support de lantigenicit K pour lidentification
bactrienne - La prsence la surface externe de la bactrie de
substance capable de jouer un rle dans le pouvoir pathogne peut tre
lorigine de la production danticorps protecteurs on peut utiliser
cela pour llaboration de vaccins efficace dirigs contre ces
composs. b- Flagelles ou cils De nature protique : Flagelline joue
un double rle : mobilit et support de lantigenicit H Plusieurs
disposition possible la surface bactrienne : peritriche ;
monotriche , bipolaire. c- Pilis Filament rigides la surface de la
bactrie, de nature protique . Les pilis communs courts : Fimbrae
joue un rle dans ladhsion et la colonisation des tissus Les pilis
communs longs : pili sexuel cod par un plasmide (gne facteur F) ,
intervient dans le transfert des plasmides par conjugaison. d-
Plasmide : dfinition Fragments dADN bi catnaire extra chromosomique
de taille variable Sous forme circulaire surenroule. Le nombre : un
ou plusieurs mais de spcificit diffrentes dans une mme bactrie. Il
est autorplication indpendamment du chromosome bactrien et
autotransfrable dune bactrie donatrice vers une bactrie rceptrice
par le phnomne de conjugaison. 3- Biofilm Un biofilm est une
communaut de micro-organismes (bactries, champignons, algues ou
protozoaires), adhrant entre eux et une surface, caractrise par la
scrtion dune matrice adhsive et protectrice. Le biofilm peut se
dvelopper sur nimporte quel type de surface , quelle soit naturelle
(dbris cellulaires, squestres, surfaces des eaux ) ou artificielle
(prothse, sonde, cathter). Les biofilms se dveloppent sur les dents
et forment une plaque qui conduit la carie. 4- La spore La spore
nest pas un lment structural (obligatoire ou facultatifs) : elle
constitue elle seule une bactrie sous un aspect diffrent Lorsque
les conditions deviennent dfavorables la survie et la
multiplication , certaines bactries subissent un phnomne :
SPORULATION pour rsister ces conditions donnant ainsi des spores.
La sporulation est sous contrle gntique. Les bactries qui peuvent
produire des spores sont les bactries du genre Bacillus et du genre
Clostridium. La spore peut tre lunit infectieuse de la bactrie ,
comme cest le cas de la spore produite par Clostridium tetani agent
du Ttanos.
