02/ Chapitre 1 : Structure des micro-organismes

SALUT TOUT LE MONDE..........

alors voila la 2eme partie de la collection ds cours

Chapitre 1 : Structure des micro-organismes

I\ Les bactéries.
A\ Généralités.
Les micro-organismes sont les plus petites unités biologiques fonctionnelles. Leur taille est comprise entre 0,01 et 10 µm.

Les différentes formes existantes :
• Les coques : ils sont sphériques. Les différents assemblages de coques proviennent de la division cellulaire.
•
Les bâtonnets (bacilles) : ils sont droits (coli bacille), incurvés
comme les vibrions (exemple : Vibrio cholerae). On peut aussi trouver
des formes irrégulières et enflées aux extrémités (exemple : mycobacter,
corybacter). Une autre forme possible est la forme coccobacille
(exemple : Serratia marcescens).
• Les hélicoïdaux : on trouve les spirochètes qui pourraient être à l’origine des mouvements des premières cellules eucaryotes
•
Les formes mycelliennes : ce sont des formes filamenteuses, comme les
Actinomycètes. Les myxobacters ont des organes de fructification qui
sont des ensembles de bactéries de forme similaires.
B\ Structure.
Les
micro-organismes sont étudiés par fractionnement, par immunocytologie,
ou au microscope électronique à balayage (MEB). On a un schéma type de
bactéries avec des composants types comme les ribosomes, le cytoplasme,
la paroi, la membrane cytoplasmique et l’ADN. On peut aussi trouver des
composants facultatifs comme les granules, les réserves, les
chromatophores, des fimbriae, des flagelles et des capsules
1\ La membrane plasmique.
Cette
membrane a une structure classique, en double feuillet, mais moins
rigide que les membranes eucaryotes car elles ne possèdent pas de
stérols (sauf les mycoplasmes).
a\ Composition.
Cette membrane est composée de 30 à 40% de lipides (dont les glycérophospholipides) et de 60 à 70% de protéines.
b\ Rôle et fonction.
C’est une barrière semi-perméable qui permet le transport passif de certaines molécules grâce à des protéines canales.
Les protéines membranaires sont des enzymes permettant des biosynthèses de lipides bactériens ou de peptidoglycanes.
La
membrane peut avoir un rôle respiratoire grâce à la présence de
cytochromes dans cette membrane (un peu comme une mitochondrie).
2\ Le cytoplasme.
Il
contient 80% d’eau avec un pH compris entre 7 et 7,2 où sont dissous
des sucres, des ions, des acides aminés… On y trouve aussi des
inclusions de granules de polyphosphates ou de polyhydroxybutirate, des
ribosomes associés à l’ARNm sous forme de polysomes (1000/cellule).
3\ Le nucléoïde.
C’est
le génome bactérien (ou chromosome bactérien). Il peut exister sous
plusieurs copies en même temps. On assiste au phénomène d’amitose : il
n’y a pas de synchronisation entre la division de l’ADN et celle de la
cellule.
a\ Organisation.
Ce nucléoïde
n’est pas isolé du cytoplasme par une membrane. Il est constitué par un
double brin circulaire (refermé) d’ADN : c’est un assemblage en double
hélice de deux chaînes antiparallèles et complémentaires de nucléotides.
(A et G sont puriques alors que C et T sont pyrimidiques).

L’ADN
bactérien est sans histones et est super-enroulé. Très souvent, ce
dernier est ancré en un ou plusieurs points de la membrane plasmique.
Par exemple, chez Escherichia coli, on trouve 5 millions de paires de
base où 4300 gènes sont identifiés (60% du total). Cet ADN mesure 1mm
quand il est déroulé et représente 10% du volume cellulaire.
b\ Rôle.
C’est
le support de l’hérédité. Ce nucléoïde permet de lire le génome, de le
transcrire en ADN (afin de synthétiser des protéines). Il subit aussi la
réplication pour assurer la descendance.
c\ Biosynthèse de nucléoïdes.
La réplication est la synthèse d’un nouveau génome : c’est un mécanisme semi-conservateur et bidirectionnel.
Il
apparaît une fourche de réplication grâce à une DNA-polymérase. Il y a
phosphodiestérification entre l’amorce d’ADN et ce qui est lu dans le
sens 3’---5’.

On parle de brin sens quand il y a réplication dans le même sens que celui de l’ouverture de la fourche de réplication.
Les fragments synthétisés sur le brin anti-sens sont reliés par une ADN-ligase.
Les deux brins sont synthétisés en même temps dans les deux sens.

L’ADN-gyrase
permet de désenrouler au point d’origine et suit le mouvement des
fourches. Cette enzyme est inhibée la norobiocine (antibiotique).
d\ Les plasmides.
*
Définition : ce sont des molécules d’ADN double brin, circulaire, qui,
extrachromosomique, ne constituent pas le génome bactérien. Ils ont une
réplication autonome (un pouvoir infectieux), une petite taille et
codent pour une information génétique non-indispensable. Ils peuvent
infecter des bactéries ou être échangés entre elles.
Ces plasmides ont été découverts en 1952 sur Shigella dysenteriae.
Shigella résistante + E. coli ------saine Shigella résistante
----E. coli résistante
---- E. coli saine
*Réplication
et transfert : elle se fait de façon autonome selon le même processus
que celui du nucléoïde. Ils ont la même vitesse de réplication : on peut
donc avoir plusieurs plasmides en même temps dans une même cellule. Le
transfert des plasmides se fait par conjugaison :

* Propriétés : les plasmides sont des unités codantes. Ils donnent à la bactérie :
- la possibilité de synthèses spéciales
-
une résistance à des antibiotiques : comme des enzymes qui dégradent
les antibiotiques (par exemple : la -lactamase qui résiste aux
pénicillines.
- Une pathogénicité. Chez E. coli, il y a synthèse
d’entérotoxines qui provoquent des maladies. E. coli peut aussi gagner
l’aptitude à se fixer sur une membrane.
- Un pouvoir infectieux
-
Le plasmide F donne la possibilité de recombinaison génétique : il code
pour la synthèse de pili sexuels pendant la conjugaison.

e\ La paroi.
C’est
la plus externe, c’est elle définit la cellule procaryotique. De plus,
celle-ci sert à la classification des micro-organismes. Elle représente
20% de la masse sèche. Elle a un rôle majeur dans la résistance à la
pression osmotique et aux déformations. Cette coloration (ou
non-coloration) est révélatrice d’une différence structurale de la
paroi.
Organisation :
La coloration de Gram (en 1844). C’est une
étape préliminaire pour la reconnaissance d’une bactérie. Cette
coloration est réalisée en présence d’iode, puis on lave à l’alcool : on
trouve alors deux cas distincts : - les bactéries sont décolorées : ce
sont des gram-
- les bactéries gardent la coloration : ce sont les gram+.
La
paroi des gram+ est 1000 fois plus grande que celle des gram-. La paroi
des G+ est généralement composée de peptidoglycane et d’acide
teïchoïque. Ce dernier représente 50% du poids de la paroi structurée.
La
paroi des G- est composée, sur la membrane externe, de lipoprotéines,
de LipoPolySaccharides et de trimères : c’est un réseau lâche.
Remarque : Les mycoplasmes ne sont ni l’un ni l’autre : ils n’ont pas de paroi. Les archéons ont une structure un peu différente.
Composition globale :
Dans les parois de G-, on trouve plus d’acides aminés et de lipides.
• Les macromolécules spécifiques :
-
L’acide teïchoïque : il est composé, soit de ribitol
(CH2OH-(CHOH)3-CH2OH), soit de glycérol. Ils sont substitués avec du
glucose et/ou de l’alanine. Cet acide peut avoir un rôle de
reconnaissance antigénique (sérotypie). Ces acides sont ancrés, soit
dans la membrane, soit dans le peptidoglycane (où ils sont pariétaux).
Ils servent aussi à relier la membrane et la paroi. Plus le réseau formé
est dense, plus la paroi est rigide.
- Le LPS : chez les G-, il
constitue les feuillets externes de la paroi externe de cette bactérie.
Ce LPS est composé en trois parties


• Le rôle du LPS : il a le même rôle antigénique que l’acide teïchoïque d’ancrage et de structuration de la membrane externe.
- Les protéines de la membrane externe des G- :
On
trouve deux grands types : les lipoprotéines qui sont des polypeptides
qui lient la membrane externe au peptidoglycane et les protéines
matricielles qui traversent la membrane externe et qui peuvent avoir un
rôle dans le transport (porines) ou dans la réception des phages.
-
Le peptidoglycane : (mureïne, glycocalix). Il a un haut poids
moléculaire et est spécifique aux eubactéries. Il assure un rôle
structurant (résistance et pression). Il donne donc la forme cellulaire
et empêche la lyse par un milieu hypotonique.
- Les constituants :
•
Les osamines : ils sont composés de NAcétylGlucosAmine ou d’Acide
NAcétylMuramique : c’est le composant de la paroi bactérienne. UDP-NAG +
PEP + NADPH UDP-NAM + NADP. Cette réaction est inhibée par la
phosphonomycine. Chez les archéobactéries, il n’y a pas de muréine mais
de la pseudo-muréine (pas de NAM mais du N.AcétylOsaminUronique).
• Les acides aminés :



Cette
chaîne est réticulée grâce au NAM et à son substitue en 3’ : il y a
relation avec la L.Ala, la L.Lys ou le DAP, le D.Glu et la D.Ala.
Chez Staphylococcus aureus, on a L.Lys – (Gly)5 – D.Ala : c’est un maillage lâche qui lui donne sa forme sphérique.


Remarque : les
mycoplasmes sont des parasites intracellulaires, donc dans un milieu
isotonique. L’enveloppe comprend la paroi et la membrane.
Le rôle de
la paroi : c’est une barrière (active chez les G- pour les transports).
Le peptidoglycane assure la forme cellulaire. La couche la plus externe a
des propriétés :
- antigéniques : des particules induisent la
production d’anticorps : on obtient donc une définition de sérotypie
bactérienne (grâce à l’acide teïchoïque chez g+, au LPS chez les g-.
-
de fixation des phages (bactériophages = virus à bactéries). La
recombinaison génétique à lieu grâce aux bactériophages. N’importe
lequel de ces phages ne peut pas infecter n’importe quelle bactérie.
Chez E. coli, le T4 se fixe sur le LPS, le se fixe sur la protéine qui transporte le maltose. Chez bacillus suptilis, le 29 se fixe sur l’acide teïchoïque.
f\ Flagelles et pili.
*
Les flagelles : ils sont facultatifs, de nature protéique (la
flagelline), sont des unités sphériques en hélice et sont ancrés dans la
membrane plasmique. Ils per(mettent les déplacements microbiens : ils
ont donc un rôle de chimiotaxie. Ils ont aussi des propriétés
antigéniques : ils permettent de fixer les phages de type PBS1 sur
Bacillus suptilis. On trouve différent type d’insertion des flagelles :

Le type d’insertion des flagelles peut être utilisé pour des reconnaissances bactériennes.
*
Pili (ou fimbriae) : ce sont des éléments facultatifs de la cellule g-,
ils sont de nature protéique comme les flagelles, mais en général plus
courts. Ils procurent à la bactérie qui les portent, une capacité
d’adhérence (souvent associée à la virulence de la bactérie). Ils ont un
rôle dans la reconnaissance entre cellules donneuses et receveuses
pendant la conjugaison. Ils sont aussi le site de fixation des phages
comme le M13.
g\ La capsule.
C’est
l’enveloppe supérieure la plus externe, souvent polysaccharidique
(composée souvent d’acide hyaluronique). Cette capsule est associée à
une virulence comme chez Klebsiella pneumoniae. Cette enveloppe entraîne
un phénomène d’adhérence, mais elle masque aussi les sites
antigéniques, et augmente la taille apparente de la bactérie pour
résister à la phagocytose. Elle permet aussi la résistance à des
conditions externes défavorables.
h\ Les endospores.
La
sporulation est un phénomène induit par une carence nutritive. La
germination nécessite une activation (choc thermique, forte variation de
pH). La sporulation est une mise en l’abri du génome (le record de
longévité est de 7500 ans) face aux conditions défavorables du milieu
(dessiccation : perte d’eau du milieu).
Parfois, la formation des
spores est associée à une libération de toxines. Par exemple, Bacillus
thuregensis sécrète un cristal particulièrement herbicide.
La structure des spores :


C\ Classification.
La classification est réalisée par des
- Critères morphologiques (structuraux)
- Critères métaboliques (type respiratoire, condition de vie)
- Pili, endospores
C’est une approche phénotypique.
On peut aussi avoir une approche moléculaire pour se baser sur le génotype.

On va chauffer l’ADN pour le dénaturer. Ensuite, on observe si les ADN se recombinent ou non :

On a aussi une approche en pourcentage de G-C : ce pourcentage donne la température de dénaturation.
On
peut aussi étudier les séquences d’ADN robosomiaux. Ils ont les
propriétés d’être indispensables à la vie et de subir des variations
pendant l’évolution. Ils permettent d’obtenir une distance génotypique.
Exemple :


.........BONNE LECTURE ET BONNE CHANCE......