Les bactéries sont des organismes
procaryotes sans noyau différencié, sans
mitochondries, avec un génome
habituellement circulaire formé d'une double
hélice de DNA codant le plus souvent pour
1000 à 4000 gènes, avec une paroi rigide
formée de peptidoglycane.
Les eucaryotes ont un noyau avec une membrane nucléaire, des mitochondries, des organelles intracellulaires (Golgi, réticulum endolasique...).
Morphologie des bactéries :
Les bactéries sont vues au microscopie
optique, vivantes à l'état frais (lumière
blanche, fond noir, contraste de phase), ou
après colorations (Bleu, Gram , Ziehl-
Neelsen pour les mycobactéries), et au
microscope électronique à transmission ou à
balayage.
Forme, taille et propriétés tinctoriales
des bactéries :
Les bactéries ont une taille moyenne de 0.5 -
2.0 μm de large et 2-6 μm de long, parfois
beaucoup plus (une hématie mesure 8μm de
diamètre).
Les bactéries ont des formes
très variées : coques (diplocoques, amas,
chaînettes) ; bacilles (droits, incurvés, spiralés).
Ces formes sont dues à la
structure de la paroi (peptidoglycane) et au
mode de septation propre à chaque espèce bactérienne.
Exemple de multiplication des coques en
chaînettes et en amas :
D'après la coloration de Gram, on distingue selon les
propriétés tinctoriales les bactéries à Gram positif et
les bactéries à Gram négatif : les Gram + sont décolorés
par l'alcool, les Gram négatif ne le sont pas.
Les
mycobactéries sont un groupe à part appartenant aux
bactéries à Gram positif mais non colorés par la
coloration de Gram du fait de leur paroi très
particulière.
Cette distinction par la coloration de Gram est très
pratique car elle correspond à des différences notables
dans la structure de la paroi et à une réalité
phylogénique : les bactéries à Gram positif sont
apparues d'abord au cours de l'évolution, puis par
l'apport d'une enveloppe externe les
bactéries ont acquis de nouvelles propriétés
tinctoriales (bactéries à Gram négatif).
De
plus, elle correspond à une réalité
thérapeutique : les antibiotiques actifs ne
sont pas mes mêmes selon qu'il s'agit d'une
bactéries Gram+ , Gram- ou d'une
mycobactérie.
Après croissance sur milieu de culture nutritif
acellulaire, les bactéries donne en quelques
heures ou jours (bactéries à croissance
rapide) ou en quelques semaines (bactéries
à croissance lente) des colonies visibles à l'oeil nu.
Ces colonies sont constituées de 1-
2 milliards de bactéries et proviennent d'une
seule bactérie clones).
L'aspect, la
pigmentation, la taille, la forme et le temps
d'apparition de ces colonies sont des
propriétés utilisées pour identifier les
espèces bactériennes.
Le génome des bactéries :
Le noyau des bactéries est constitué d'un
chromosome sans membrane nucléaire.
Ce chromosome est habituellement circulaire
et unique.
Il peut être étudié par
l'établissement de cartes génétiques selon la
disposition des gènes, de cartes physiques
par PFGE (Pulsed-Field Electrophoresis
Gel ) et par séquençage du génome
bactérien.
Taille du génome bactérien
:
La taille du chromosome bactérien est
variable, de 600 kb ( Mycoplasma genitaium)
et 8000 kb Streptomyces), en moyenne
3000-4000 kb ( >3000 gènes), parfois
associé à des plasmides qui sont des petits
chromosomes circulaires à réplication
autonome (10-200 kb).
Les plus petits
génomes sont retrouvés chez les bactéries
très inféodées à leurs hôtes, telles que les
mycoplasmes ou les bactéries
intracellulaires strictes (Chlamydia , Rickettsia), les bactéries très adaptées à leur
hôte ( Helicobacter pylori, Haemophilus
influenzae, ,Mycobacterium leprae...).
Les
bactéries avec un grand génome sont
souvent saprophytes et ubiquistes( Enterobacteriacae,
Bacillus...).
Par exemple, la
taille du génome de E. coli est de 4,7 Mb -
5,2 Mb selon les souches.
Topologie du génome bactérien
:
Les chromosomes sont habituellement
circulaires et uniques.
Cependant, quelques
bactéries ont 2 ou même 3 chromosomes :
Brucella melitensis 2 ; Rhodobacter
sphaeroides 2 ; Vibrio cholerae 2;
Rhizobium melitoti 3 ; Bulkolderia cepacia 3 ;
Agrobacterium tumefaciens 2 (1 circulaire, 1
linéaire).
Certaines rares bactéries ont un
chromosome linéaire :
La signification biologique de
ces particularités en termes est inconnue.
Organisation du génome bactérien
:
Le chromosome bactérien est constitué de
nombreux gènes de structure et de gènes
régulateurs organisés en opérons, de gènes
répétés ( par exemple l'opéron ARNr : E.coli
7 copies, B. subtilis 10 copies, M.
tuberculosis 1 copie), d'éléments mobiles
(transposons, intégrons, prophages,
séquences IS d’insertion...) et de
séquences non-codantes qui ne représentent
que 5 - 10% du chromosome.
Le
chromosome bactérien a une certaine
plasticité qui lui permet de perdre ou acquérir
au cours du temps de nouveaux gènes
codant pour codant pour des résistances aux
antibiotiques et des facteurs de virulence par
transformation, conjugaison ou transduction
de phages, ou d'être le siège de
réarrangements qui remodèlent le génome
ou font varier son expression (variation
antigénique...).
Dans une espèce
bactérienne donnée, la variabilité génétique
peut atteindre 10% - 20% du génome.
Une
espèce est distinguée d'une autre par un
taux d'hybridation DNA-DNA inférieur à
70%.
De nombreux génomes bactériens sont
maintenant entièrement séquencés depuis
1995.
Pour les pathogènes, on peut citer Haemophilus influenzae , Mycoplasma
pneumoniae ,Helicobacter pylori,
Mycobacterium tuberculosis, Borrelia
burgdorferi ,Treponema pallidum ,Vibrio
cholerae ,Neisseria meningitidis, E coli
O157:H7, Listeria monocytogenes,
Ureaplasma urealyticum, Pasteurella
multocida, Mycobacterium leprae, Rickettsia
prowazecki, Chlamydia trachomatis, Chlamydia pneumoniae, Campylobacter
jejuni, Pseudomonas aeruginosa
Le cytoplasme des bactéries
:
Le cytoplasme bactérien est constitué de
ribosomes et les nombreuses protéines
cytoplasmiques (enzymes métaboliques,
protéines chaperons et protéines de
structures...) sans organelles.
Il peut
contenir des granulations de réserve (
glycogène, polyphosphates, β-
hydroxybutyrates...).
Il est délimité par une
membrane cytoplasmique constituée,
comme celle des eucaryotes, d'une bicouche
lipidique avec des protéines
transmembranaires ou exposées : des
perméases pour les substrats nutritionnels,
des enzymes de synthèse du peptidoglycane
(Penicillin-Binding Proteins PBPs), des
enzymes respiratoires (deshydrogénases,
cytochromes..).
Les constituants de la paroi des
bactéries
:
La paroi des bactéries est constituée d'un peptidoglycane uniquement retrouvé chez
les bactéries et présent dans l'ensemble du
monde bactérien (à quelques exceptions,
telles que les mycoplasmes ou mollicutes,
bactéries sans peptidoglycane).
Le peptidoglycane
:
Le peptidoglycane est un polyoside d'unités
répétitives d'acide N-acétyl-muramique et de
N-acétyl-glucosamine, sur lesquels sont
branchés des chaînes courtes
pentapeptidiques, donnant une structure
tridimentionnelle en réseau compact.
Ce
polymère complexe est synthétisé par des
enzymes ou PBPs (Penicillin-Binding
Proteins).
Ce sont des transpeptidases , des
carboxypeptidases, des amidases
(autolysines) qui sont la cible des
pénicillines.
La paroi des bactéries à Gram positif
:
La paroi des bactéries conditionne la forme
des bactéries et constitue une protection très
efficace contre un environnement hostile et
très changeant (osmolarité, température,
radiations ionisantes, sécheresse...).
Chez
les bactéries à Gram positif, le peptidoglycane est très épais et associé à
des protéines pariétales exposées et à des
structures polyosidiques (acides
lipoteichoïques, acides teichoïques...).
La
paroi des mycobactéries :
Les
mycobactéries ont la structure des bactéries à Gram
positif, sans enveloppe externe, avec des polyosides
pariétaux impliqués dans leur structure, l'arabinogalactane
et le lipoarabinomannane , et une
grande richesse en acides gras , les acides
mycoliques qui tapissent la surface de ces
bactéries.
Cette paroi complexe confère une
grande résistance dans l'environnement et à
la digestion par les macrophages.
Les acides lipotéichoïques et les acides
lipotéichoïques :
Ce sont des polymères ne sont retrouvés
que chez les bactéries à Gram positif.
Les
acides lipotéichoïques ( LTA) sont des
polyribitol-phosphates enchâssés aux acides
gras de la membrane cytoplasmique et
traversant la paroi.
Ils auraient un rôle
régulateur de la fonction des autolysines
indispensables à la bactéricidie et un rôle d'adhésine.
Les acides téichoïques sont des
polyosides formés de polyols (ribitol,
glycérol...) et de phosphates attachés de
façon covalente à l'acide muramique du
peptidoglycane, avec une forte charge
négative.
Ces polyosides aurait un rôle
régulateur dans le passage des cations
(Mg++).
La paroi des bactéries à Gram négatif :
l’enveloppe externe :
Chez les bactéries à Gram négatif, le peptidoglycane est très fin et associé à une
enveloppe externe complexe définissant un
espace périplasmique.
Cette membrane
externe est une bicouche lipidique
asymétrique hydrophobe constituée de
phospholipides, de protéines (porines...) et
de lipopolysaccharides (LPS).
L'espace périplasmique est le ventre des bactéries,
rempli d'enzymes qui dégradent les substrats
complexes pour qu'ils puissent traverser la
membrane cytoplasmique, et inactivent les
produits chimiques toxiques (antibiotiques,
métaux lourds...).
Le lipopolysaccharide
:
Le lipopolysaccharide est une macromol
écule complexe formée de 3 parties :un
lipide A formé d'acides gras à longues
chaînes (acide laurique, myristique,
palmitique.. ),d'un core oligosachaidique
avec N-acétyl-glucosamine, glucose,
galactose, heptose et KDO( 2-céto-3-
desoxyoctonate), molécule qui assure
l'ancrage au lipide A, et d'une chaîne polyosidique latérale conférant la spécificitéO
constituée d'unités osidiques répétitives.
Le LPS est antigénique (antigène O) et toxique,
responsable du choc endotoxinique.
Les porines
:
Ce sont des protéines trimèriques incluses
dans l'enveloppe externe des bactéries à
Gram négatif ( OmpC, OmpD, OmpF,
LamB...).
Elles permettent le passage des
petites molécules hydrophiles ( <6000 Da )
et donc la perméabilité aux nutriments , aux
antibiotiques et à certains agents chimiques
Les appendices des bactéries :
Les pili
:
Les pili ou fimbriae sont des spicules ou
appendices formées d'une seule protéine
polymérisée (piline).
Selon leur diamètre ( 3-
8 nm) et leur constitution on distingue
différents types de pili ( type I à IV).
Les pili
de type I sont inhibés par le mannose sont
des adhésines.
Ce sont des adhésines qui
permettent aux bactéries d'adhérer et de
s'agréger, et qui sont des récepteurs de
phages.
Flagelles
:
Ce sont des filaments de plusieurs μm
constitués d'une seule protéine, la flagelline,
permettant le mouvement des bactéries ( 1 à
30 flagelles par bactérie, à localisation
polaire ou péritriche).
La capsule :
La capsule est habituellement
constituée de polyosides, plus rarement
polypeptiques, exposés en surface et
protégeant les bactéries de la dessiccation et
des phagocytes pour les pathogènes.
Les spores
:
Les spores n'existent que chez certaines
bactéries à Gram positif Bacillus,
Clostridium).
La sporulation est induite par
des conditions hostiles et confère une
extrême résistance aux agents physiques
(chaleur, radiations, sécheresse...) et
chimiques (acides, solvants...) .
Le
processus dure 7-10 h.
La bactérie avec son
génome préservé s'entoure de multiples
enveloppes : peptidoglycane, cortex
contenant du dipicolate de calcium
(important pour la thermorésistance),
tuniques internes et externes (protéiques).
Cette sporulation explique la nécessité pour
stériliser d'utiliser la chaleur humide : 120° C,
20 minutes.
