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Microbiologie

Les micro-organismes sont un groupe très diversifié qui existe à  l'état de cellule isolée ou en groupe.

Comment distinguer les cellules microbiennes des plantes ou des animaux ? Les cellules animales et végétal sont incapables de vivre à  l'état isolé dans la nature. Elles sont toujours à  l'état multicellulaire. Les micro-organismes sont de petite taille.

Les virus ne sont pas des micro-organismes car ils ne sont pas autonomes, ils ne peuvent pas se reproduire sans détourner la machinerie cellulaire d'un autre individu.

Sommaire
1 Historique
2 Classification
3 Caractéristiques
4 La taille des micro-organismes
5 La culture des micro-organismes
6 La stérilisation
7 Notion de culture pure
8 Identification des bactéries
9 Les agents antibactériens
10 Les antibiotiques
11 Les résistances aux antibiotiques
12 La croissance bactérienne

Historique

Classification

L' analyse de la structure interne a permis de déterminer deux groupes:

Il existe deux grands ensemble: chez les procaryotes

chez les eucaryotes

Les deux groupes se sont différenciés très tà´t du point vu phylogénétique.

Caractéristiques

Les procaryotes

On retrouve les eubactéries dans notre quotidien, sol, nourriture...

Pour les archaebactéries, c'est un groupe particulier car il ne contient essentiellement que des individus anaérobies vivants dans des environnements extrêmes. On parle d'organisme extremophile. Les environnements extrêmes sont à  la limite des conditions tolérées par les cellules biologiques. (Milieu salin,très acide ou très alcalin milieu à  une température limite de l'ébullition) Ces micro-organismes ont des mécanismes pour résister à  ces conditions.

Les eucaryotes

Les eucaryotes ont un système membranaire interne enfermant des organites(noyau,plaste, mitochondrie...) Les eucaryotes présentent un cytosquelette interne(actine, tubuline absent chez les procaryotes)

Protozoaire

Il n'y a pas de paroi chez protozoaire. Elle est présentent chez les algues et champignons. Les protozoaires sont toujours unicellulaire. Les protozoaires sont aussi présent dans le sol, l'eau douce, eau de mer mais ils sont également parasite de l'homme et animaux. Les protozoaires se nourrissent par pinocytose et endocytose car ils n'ont pas de paroi.

Algue

Seul les algues ont des pigments chlorophyllien qui ne sont jamais présent chez les champignons et protozoaires.

Les algues sont présentes dans le sol, les plantes, l'eau douce et l'eau de mer. Les algues sont autotrophes.

Champignon

Les champignons sont présent dans le sol, plantes , débris végétaux, lichen, parasite de l'homme des animaux et des plantes. Remarque une levure est un champignon eucaryote.

Les champignons sont abserbotrophes. Ils sécrètent des enzymes qui digèrent à  l'extérieur des polymères. Ce mécanisme chimique forme des monomères de glucide par exemple qui sont ainsi absorbés.

La taille des micro-organismes

Le pouvoir séparateur de l'Å“il humain est de 100µm.

L'intérêt d'une petite taille est qu'on a un rapport surface sur volume directement influencé par la taille. La vitesse à  laquelle entre et sorte les nutriments et les déchets est inversement proportionnel à  la taille. Ceci par le rapport surface de la membrane plasmique par rapport au volume de la cellule. Plus la bactérie est petite plus elle va pouvoir se nourrir à  grande vitesse. Elle compense sa petite taille par une multiplication à  très grande vitesse. (taux de croissance très rapide)

La culture des micro-organismes

Richesse du milieu

Ils ont besoins:

L'énergie est de composé chimique pour les chimiotrophes (Glucose) et lumineuse pour les phototrophes.

Pour les autotrophes il suffit de CO2 atmosphérique (carbone minéral) et du carbone organique pour les micro-organismes hétérotrophes. (CH4,oses)

C,H,O,N,S,Na,Mg,P,K

Cu,CO,Zn,Cl,Fe...

D'origine minéral (sel d'ammonium)

Vitamine,acide aminé

Pour les aérobies stricts

Pour les anaérobies stricts. Car pour ces micro-organismes, le faite que l 'O2 se combine avec H2O pour former H2O2(peroxyde d'oxygène) les empoisonnent car ils ne possèdent pas une catalase dégradant H2O2 comme celle que possède les individus aérobies.

Pour le facteur température ont distingue trois catégorie des micro-organismes celons leur optimum de croissance. Les psychrophile ont leur optimum à  15°C, les mesophile à  37°, les thermophile à  65°C. Il faut descendre au delà  de -18°C pour arrêter toute croissance microbienne. A 3°C il n'y a plus de risque lié au bactérie pathogène ou toxinogène.

Pour le facteur pH, on considère que les bactérie préfèrent la neutralité excepté pour les bactéries lactique. Pour les levures et moisissures le pH optimum est plus acide. (pH=5)

Diversité du milieu de culture

On distingue deux sortes de milieu de culture:

On y retrouve des extraits de levure (cellule de levure déshydraté) qui fournissent une source d'acide aminé de vitamine et d'azote, des extrait de malt apportant une source de carbone, des peptones(protéine animal,de poisson,de caséine de lait) source d'azote organique qui intéresse les individus hétérotrophes.

Ces milieux sont soit liquide, soit solide. La gélose ou agar-agar est un polymère de sucre tiré d'une algue rouge présentant la propriété de former avec l'eau un gel solide si la température est inférieur à  60°C.

La stérilisation

Il existe trois façon pour stériliser un milieu de culture. Une destruction par la chaleur, par une méthode de filtration ou par l'emploie de radiation et d'agent chimique(gaz)

La chaleur

Soit la chaleur est sèche soit elle est humide.

Bec bunsen:

Tout l'air qui se trouve dans les 10 cm est passé une fois dans la flamme. Ceci crée une enceinte fictive stérile. Les microbiologistes travaillent avec une flamme oxydante qui crépite.

Four pasteur: C'est un four classique utilisé à  180°C pendant 90 minutes.

Autoclave:

Cette technique consiste à  faire bouillir de l'eau dans une enceinte close pour augmenter la pression et donc dépasser les 100°C d'ébullition.(principe de l'autocuiseur) Ceci est réalisé à  120°C pendant 20 minutes.

Cas particulier: la pasteurisation et Tyndallisation.

Cette technique détruit qu'une partie de la flore bactérienne. Ce n'est en aucun cas une technique de stérilisation. La tyndallisation est une série de chauffages bref à  des températures de 70°C à  intervalles réguliers. Ceci pour laisser au formes résistantes de germer pour les tuer au chauffage suivant.

Pour exemple la destruction des pathogènes du lait se fait par un cycle de 63°C pendant 30 minutes suivie de 73°C pendant 15 minutes.

L'ébullition n'est pas une méthode de stérilisation. les formes sporulées des bactéries résistent jusqu'à  8H30 à  100°C.

La filtration

Technique qui consiste à  faire passer un liquide à  travers un filtre dont les pores ont un diamètre de 0.2 µm. Pour forcer ce liquide à  traverser le filtre on utilise deux solutions: Cette technique est intéressante lors d'utilisation des produit thermolabile comme certain acide aminé aromatique, vitamine,hormone de croissance, acide nucléique et une bonne partie des antibiotique.

Radiation et agent chimique

Ces techniques sont utilisées par les industries dont l'alimentaire. Elles sont très pénétrante car les radiations et les gaz traversent le plastique et tuent les micro-organismes.

Notion de culture pure

Technique des stries

Elle est basée sur la notion d'UFC(Unité Formant une Colonie). Chaque unité cellulaire (une cellule ou un morceau d'hyphe) va donner une colonie. Sur un milieu de culture il y a formation d'un monticule de bactérie avec une forme particulière. Ceci déterminé par l'organisation de la colonie génétiquement.

Technique de suspension dilution

Cette technique sert a quantifier les colonies microbiennes et à  isoler une culture pure. Il s'agit simplement d'une suite de dilution suivie d'un prélèvement d'un alicot qui sera étalé sur un milieu de culture.

Identification des bactéries

Critères morphologiques

Macroscopique

A l'Å“il nu on peut distinguer:

Microscopique

Elles sont soit sphériques(coccis), cylindriques(bacille), spiralées(spirille), enroulées(spirochète) à  appendice bourgeonnante ou filamenteuses.

Elles peuvent se regrouper en chaîne(streptocoque, streptobacille)

Toute les bactéries n'ont pas la possibilité de sporuler. Il faut noter que la totalité des bactéries gram+ sporulent en situation de stresse. Pour mettre en évidence les spores au microscope photonique, il suffit de les colorer au vert de malachite.

Les bactéries peuvent être équipé d'un flagelle leur permettant de ce déplacer.

La capsule est un polysaccharide disposés en couche à  la périphérie de la bactérie. Celle-ci permet à  la bactérie d'adhérer au surface(coloniser les surfaces) et d'échapper au système immunitaire car les antigènes de surface sont recouvert par la capsule et les rends indétectables. (Pouvoir pathogène)

Critères biochimiques

critères génétiques

Les agents antibactériens

Les agents physiques

les agents chimiques

Les antibiotiques

Ces substances chimiques ont une action spécifique avec un pouvoir destructeur sur les micro-organismes. Elles sont dépourvues de toxicité pour les autres cellules. ces molécules peuvent avoir une action drastique c'est dire bactéricide ou fongicide, leur efficacité peut être également limitée à  empêcher le développement des micro-organismes.(bactériostatique ou fongistatique)

Remarque: un antiseptique est un désinfectant non ingérés.

Beaucoup d'antibiotiques sont produits par:

Il existe plus de 10000 molécules antibiotiques mais seul une centaine sont efficaces et utilisables.(1/4 sont des pénicillines)

Les familles d'antibiotiques

Ces molécules possèdent un noyau (cycle bêta lactane) qui est la partie efficace de la molécule. Des variations au niveau de la chaîne latéral naturelle ou greffée permettant de modifier les propriétés de la molécule antibiotique. Par exemple l'apport d'une chaîne greffée entraîne une résistance aux acides (suc gastrique) et permet l'ingestion de l'antibiotique par voie orale. Cette méthode augmente la diversité et le spectre d'action en contournent des résistances des bactéries et de leur enzymes de dégradation.(penicillase)

Ce sont des molécules à  base de sucres, le plus souvent aminés. Parmi ces molécule, la plus connue est la streptomycine découverte par Waksman. Ces molécules sont très toxiques il faut donc prendre des précautions lors de leur emploies.

Ces molécules ont pour caractéristique de posséder quatre cycles accolés. Elles sont capable de pénétrer les cellules eucaryotes. Elles ont donc pour cible les parasites intra-cellulaire.(Ex:Chlamydia pneumoniae). Ces molécules sont bactériostatiques donc il y a un risque de récidive.

Molécules très simples, synthétisé maintenant par les biochimistes. Cet antibiotique a un spectre d'action très large mais les résistances sont nombreuses.
Macrolides Ces molécules ont des macrocycles souvent associé à  des sucres neutres ou aminés. Ces antibiotiques sont capables de diffuser dans les tissus. Ils sont utilisés dans le cas des infections pulmonaires.

Les sulfamides (ou mieux sulfonamides) sont des dérivés soufrés de noyaux aromatiques. Les sulfamides sont des para-amino-phenyl sulfonamides. Ces produits ont reçu des applications pharmaceutiques de tout premier ordre, notamment dans plusieurs domaines de la chimiothérapie anti-microbienne.

Molécules très toxiques avec un usage très limité.

Mode d'action

Ces antibiotiques agissent sur des cibles extra-cellulaire et sont actif que sur les germes en croissance. Les cellules au repos ne sont pas perturbées par l'action de ces molécules. Les antibiotiques bloquent la synthèse de la paroi, la cellule s'allonge sans faire de paroi (cloison) et elle explose sous l'effet de la pression osmotique interne. Si on ajoute un stabilisant osmotique, on obtient un protoplaste. Exemple d'antibiotique: Ces protéines interviennent en insérant de courte chaîne de peptidoglycane(PDG) dans la structure pariétale.

Exemple de la polyunixine. C'est un surfactant (détergeant) qui agit avec les lipides membranaires et qui désorganise la bi-couche phospholipidique. Ceci détruit l'intégrité de la membrane, les éléments hydrosolubles sortent de la cellule. Cette molécule est efficace sur les cellules en croissances et au repos.

C'est une molécule dont la structure est asymétrique. Elle se fixe sur les brins de l'hélice d'ADN, fait un pontage. Ceci empêche la réplication de l'ADN en bloquant la progression de l ' ARN polymérase.

Le mécanisme est identique à  celui de la mytomycine sauf que cette molécule est symétrique. En se fixant sur le deux brins d'ADN cette molécules bloque la progression de l 'ARN polymérase.

Ces molécules sont des analogues structuraux de molécule biologique. Le cellule va les reconnaître et les ingérer dans son métabolisme et comme se sont des molécules analogues, les voies métaboliques seront bloquées. Ceci provoque une inhibition de la synthèse de base nucléique. Le cellule meurt par carence en base nucléique.

Elle se fixe sur la petite sous unités des ribosomes, empêche la traduction de l 'ARNm et conduit à  des erreurs de lecture.

Il bloque la formation de la liaison peptidique. Il reconnaît le segment de la grosse sous unité du ribosome bactérien (50Svedberg) mais pas celle des ribosomes eucaryotes.

En se fixant sur la sous unité (30S), elle bloque l'élongation de la chaîne polypeptidique.

Elle agit sur la partie 50 S du ribosome et bloque l'élongation de la chaîne polypeptidique.

Elle mime l'extrémité d'un ARNt, prend sa place dans le ribosome et bloque l'élongation de la chaîne polypeptidique.

Les résistances aux antibiotiques

Naturelle

On nomme résistance naturelle si toutes les souches d'une même espèce sont résistante à  un antibiotique. C'est l'expession d'une propriété innée reflétant l'empêchement d'accéder à  la cible ou l'absence de la cible.

Acquise

On nomme résistance acquise quand quelques souches d'une même espèce normalement sensibles deviennent résistantes. (Maladie nosocomiale) Cette maladie peut-être acquise par mutagenèse: c'est une résistance chromosomique. La mutation est spontanée avec une d'apparition de 10^6 à  10^7. C'est un événement rare. L'antibiotique n'est pas l'agent mutagène, il sert à  sélectionner les mutants devenus résistants. Cela peut conduire à  la résistance de toute une famille d'antibiotique. Les mutations sont indépendantes, donc les chances d'avoir des résistances à  l'antibiotique sont rares. Une double résistance additionne les probabilités d'apparition de résistance à  chaque molécule c'est à  dire 10^14.

Autre type de résistance

Les bactéries ont la capacité de transférer de l'information génétique. La plus part des cas de ces résistances se rencontrent à  l'hà´pital. C'est une information génétique exogène qui est récupérer par la bactérie.

Le premier cas de résistance fut observé en 1951 sur un Japonais. Il était atteint par Shigella (genre bacille gram-, immobile, appartenant à  la famille des Entérobactéries) provoquant des dysenteries qui pouvait être soigné par des sulfamides. Shigella était devenu résistante à  ces sulfamides et in vitro les chercheurs ont démontré que cette résistance était accompagnée par des résistances à  d'autres antibiotiques. Ils ont isolé dans le tube digestif des malades des souche D'Escherichia coli. (Bacille gram-, coccoà¯de, filamenteux; isolé, en paires ou en chaînettes, mobile,anaérobie facultatif très répandu dans l'eau le sol le lait et les selles des hommes) Escherichia coli avait acquise la résistance aux sulfamides par un transfert horizontal entre les deux espèces.

Mécanismes de transfert d'élément génétique

Les bactéries peuvent transférer des éléments mobile de leur génome:Plasmides et transposons

Souvent les bactéries ont rassemblé plusieurs gènes de résistance sur leur plasmides et l'échange. Le transfert verticale est évident entre bactérie de même espèce. Le transfert horizontal intervient par contre dans les échanges entre bactérie Gram+ et bactérie Gram-. L'inverse Gram- vers Gram+ n'est pas réalisable car les gènes de Gram- ne sont pas exprimé chez Gram+.

Le vecteur est un bactériophage. En se répliquant, le phage intègre une partie du génome bactérien. En quittant la cellule, il emporte des gènes supplémentaires (bactériens) qui pourront être transfecté dans une autre bactérie. Ce système est efficace mais les échanges sont limités aux organismes proches phylogénétiquement pour la reconnaissance phage/bactérie.

La bactérie acquière et incorpore de l'ADN exogène nu présent dans son environnement. Sa peut-être de l'ADN d'une bactérie morte qui une fois capté permet l'expression de ses gènes par la nouvelle bactérie. C'est un événement très rare qui existe chez les bactéries Gram-.

L'ADN est transférée d'une bactérie donatrice à  une bactérie réceptrice au cour d'un contact cellulaire étroit(pili). C'est le mode de transmission de transfert horizontal.

Modalité de résistance chez la bactérie

La bactérie synthétise des protéines qui peuvent séquestrer l'antibiotique, le dégrader car le modifier peut le rendre inoffensif. (Hydrolase, transférase) Ce brouillage peut se faire à  l'extérieur (bêta-lactanase) de la cellule comme à  l'intérieur.
Le camouflage La bactérie peut modifier la cible de l'antibiotique. Celle-ci n'est pas reconnue et devient insensible à  l'antibiotique.

La bactérie empêche l'accès de l'antibiotique aux cibles intracellulaires, par: La bactérie substitue une autre molécule à  la cible. L'antibiotique en se fixant sur ce leurre ne remplit pas son rà´le.

La croissance bactérienne