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1 CHAPITRE 2 : LA CELLULE BACTERIENNE 1. Techniques d'observation de la cellule

1 CHAPITRE 2 : LA CELLULE BACTERIENNE 1. Techniques d'observation de la cellule bactérienne Techniques d’observation de la cellule bactérienne Observation de la cellule La mise au point du premier microscope par A. Van Leeuwenhok marque le point de départ de la microbiologie. Depuis, cet appareil a été largement amélioré. Avec des grossissements pouvant aller jusqu’à 2500 x, on peut observer des structures de l’ordre de 1 uM. On distingue : L’observation entre lame et lamelle, dite à l’état frais de bactéries en milieu liquide et sa Sa variante, la coloration à l’encre de Chine, pour mettre en évidence la capsule. Les capsules correspondent au halo clair entourant les corps bactériens en noir. Observation à l’état frais Coloration à l’encre de chine Observation des frottis séchés, fixés et colorés. Les colorations de Gram et de Ziehl-Nielsen permettent la reconnaissance des bactéries pathogènes, d’autres font apparaitre spécifiquement les cils, les flagelles, les spores… Les frottis sont observés à l’immersion avec une goutte d’huile spéciale entre l’objectif et la préparation, cela permet d’obtenir une image plus nette. Toutes ces méthodes font partie de la microscopie photonique (utilisation du rayonnement lumineux). Pour observer des structures de l’ordre de 5 nm à 10 nm, on utilise la microscopie électronique. Certaines structures peuvent retenir ou laisser passer les électrons. Cette approche nécessite ou non la fixation de l’échantillon 2 b)Staphylococcus aureus en microscopie électronique à balayage (MEB), qui permet d’obtenir des images « en relief » 3D, de la cellule bactrienne. Microscopie électronique de Vibrion cholerae en contact avec les villosités intestinales. Enfin, les méthodes immunocytochimiques, permettent de localiser dans la cellule des molécules bactériennes. On utilise des anticorps marqués par la peroxydase, la biotine ou des molécules fluorescentes comme la fluorescéine. La formation d’un complexe stable antigène-anticorps permet de repérer la présence d’une molécule dans la cellule. 3 Invasion d’une cellule épithéliale par Shigella flexneri Des cellules Hela sont infectées par Shigella analysées par immunofluorescence. Bleu: F-actin; vert: bactérie; rouge: protéine bactérienne secrétée et impliquée dans l’invasion 2.La Morphologie cellulaire la forme est très variable au sein du monde bactérien. On distingue généralement des formes sphériques (coques ou cocci), cylindriques (bacilles) et spiralées (voir figures ci dessous). Certains bacilles peuvent être incurvés (Vibrio cholerae). Les bactéries sont en général groupées entre elles selon des modes de groupement spécifiques. Chez les coques, on peut distinguer les diplocoques (paires), les streptocoques (chaînes), les staphylocoques (amas en forme de grappes de raisin) ou les tétrades (sarcines). Les bacilles se présentent soit en paires soit en chaînes (streptobacilles). Le mode de groupement est déterminé par le mode de division; il peut aider dans l'orientation de l'identification des bactéries. 4 Figure 4 : Différentes formes et différents modes de groupement rencontrés chez la majorité des bactéries 5 Figure : Exemples de formes couramment rencontrées dans la nature 6 **Chez les bactéries, on distingue des structures obligatoires, présentes chez toutes les bactéries et des structures dont la présence est facultative et caractérisent certains groupes bactériens (figure). Figure: Représentation schématique montrant les différentes structures bactériennes Concernant les structures obligatoires, on trouve: Le cytoplasme, généralement constitué d'un hyaloplasme où baignent essentiellement Des ribosomes et parfois des éléments supplémentaires comme les substances de réserve. L’appareil nucléaire diffus non entouré par une membrane. La membrane cytoplasmique qui entoure le cytoplasme possède deux feuillets phospholipidiques contenant des protéines. Au dessus de la membrane cytoplasmique, on trouve La paroi (sauf chez les mycoplasmes) qui forme une enveloppe rigide. Les structures facultatives, quant à elles, peuvent être des polymères de surface comme: - la capsule, -Les flagelles et les pili qui sont des appendices -Les plasmides (molécules d'ADN extrachromosomiques) qui sont des structures génétiques Les spores (endospores): caractérisent quelques genres bactériens (Bacillus et Clostridium); elles ne sont élaborées que lorsque les conditions de vie deviennent défavorables. 7 La paroi Enveloppe rigide assurant l'intégrité de la bactérie. Elle est responsable de la forme des cellules. Elle protège des variations de pression osmotique. Elle est absente chez les Mollicutes, (Mycoplasma) Composition chimique la paroi Structure de la paroi L'un des constituants essentiels qui caractérisent les parois bactériennes est la muréine (peptidoglycane ou mucopeptide) (figure 6). Il s'agit d'un hétéropolymère complexe formé de 3 éléments différents : 1. une structure composée d'une alternance de molécules de N-acétyl glucosamine et d'acide N-acétyl muramique ; 2. des chaînes latérales peptidiques, composées de 4 acides aminés et attachées à l'acide N-acétyl muramique ; 3. un ensemble de ponts inter-peptidiques. 8 Figure 6 : Structure Schématique du Peptidoglycane Structure moléculaire de la paroi des Gram négatives et positives Dans le monde bactérien, on rencontre essentiellement deux types de paroi Paroi des Gram positifs Le peptidoglycane est le constituant majeur (90%) Le reste correspond à un feutrage d’acides teïchoiques (10%) Le peptidoglycane est très solide, les liaisons croisées entre chaînes glucidiques sont nombreuses. Présence de flagelles. 9 Structure d’un acide teïchoiques : Phosphate + glycérol + R (Alanine, Glucose…) Paroi des Gram négatifs Beaucoup plus complexe, elle est constituée du peptidoglycane et de la membrane externe. Il y a plusieurs couches : Peptidoglycane en couche mince. Phospholipides Lipopolysaccharides (LPS) : formé de 3 parties : - Le lipide (A) couplé à la glucosamine et à des résidus phosphore qui est amphiphile, possédant une partie hydrophobe et une hydrophile. Il y a analogie entre les appellations « endotoxine », « lipide A » et « membrane externe » - Le polysaccharide central, constitué de 10 sucres. - La chaine latérale O, ou antigène O, chaine courte, sa composition varie selon la souche bactérienne. Le LPS joue plusieurs fonctions, telle que l’attachement sur les surfaces, bloque l’entrée de substances toxiques. Il agit comme une endotoxine (lipide A) qui cause les symptômes des maladies induites par des Gram négatives. On note également la présence de PORINES (protéines de passage trimérique) : seules structures de transport des composés hydrophiles, essentielles à la vie de la bactérie comme les monosacharides, mais aussi à l'action de certains antibiotiques. D'autres protéines servent à la captation d'ions (fer), ou de vitamines (facteurs de croissance). La coloration de Gram : Les différences de constitution et de structure chimique des parois Gram (+) et Gram (-) permettent d’établir le principe de la coloration élaborée par Christian GRAM (1884) Procédure de la coloration de Gram : Après fixation du frottis on colore avec le violet de gentiane. On rince avec de l’eau. On rajoute un fixateur qui est le Lugol. On rince avec de l’eau distillée. On procède ensuite à une étape de décoloration par un mélange d’alcool et d’acétone. Ce dernier pénètre dans les bactéries Gram négatives et non dans les bactéries Gram positives dont les pores ont fermés par déshydratation par l’alcool. On rince et on procède à une contre coloration à la safranine. Les bactéries Gram positives vont apparaître violettes et les bactéries Gram négatives roses. 10 Fonctions de la paroi Parmi les rôles de la paroi nous pouvons citer ; Assurer le maintien de la forme de la bactérie Assurer une protection contre la pression osmotique intracellulaire (car forte concentration en métabolites à l’intérieur de la cellule >> l’eau rentre). Propriétés antigéniques Permettre la fixation des bactériophages. Ils reconnaissent des récepteurs localisés sur le peptidoglycane des Gram(+) ou la membrane externe des 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 Une toxicité. Chez les Gram(-), le LPS est une endotoxine (effet toxique porté par le lipide A) qui peut donner fièvres et lésions. Une perméabilité sélective : 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) La membrane plasmique Composition Chimique Elle possède le même type de structure que celle d’une cellule eucaryote (bicouche phospholipidique) mais avec beaucoup moins de glucides et jamais de stérols (sauf chez les mycoplasmes). Elle est composée de 60 à 70 % de protéines et 30 à 40 % de lipides. La membrane plasmique contient les enzymes de la chaine respiratoire, les déshydrogénases et les coenzymes associés : NAD+, FAD, cytochromes, cytochrome oxydase. D’autres enzymes impliquées dans la synthèse des lipides et dans la réplication de l’ADN y sont localisées. Structure de la membrane plasmique Les lipides sont à la base de la structure de la membrane. Chaque molécule de lipide est amphipathique ; formée d’une partie hydrophobe soluble dans l’huile insoluble dans l’eau et une partie hydrophile ayant des propriétés opposées et portant un groupement phosphate chargé négativement. Ces deux couches moléculaires induisent une organisation en double feuillet. Cette organisation n’est pas statique, elle répond au modèle dit en mosaïque fluide (Les molécules peuvent se déplacer latéralement en échangeant leurs places). On distingue deux catégories de protéines : les protéines périphériques et les protéines intégrales qui traversent complètement le double feuillet. 11 Structure de la membrane cytoplasmique bactérienne 12 13 14 15 16 17 Le transport uploads/s3/ cour-microbiologie-chapitre-02.pdf