Microbiology

« Microbiology Les grandes étapes de la microbiologie 1Avant le 20ème siècle A.

Van Leeuwenhoek fabrique une lunette et observe des micro-organismes (1675).

En 1857, L.

Pasteur démontre que les bactéries sont responsables de la fermentation lactique. R.

Koch a découvert la tuberculose et son agent.

Hans C .

Gram met en place la coloration Gram pour déterminer les bactéries Gram + et Gram -. J.

Pétri a mis en place un milieu fermé et gélosé ou l’on peut isoler les bactéries. 2Le 20ème siècle La découverte des antibiotiques est faite par A.

Fleming (1929).

Lederberg et Tatum découvre les débuts de la génétique bactérienne, les bactéries sont capables de se donner des gènes la conjugaison. En 1960, Jacob et Monod découvrent l’opéron lactose et les bactéries fonctionnent avec un opéron. C.

Woese fait la distinction entre les eubactéries et les archébactéries. S.

Prusiner découvre la maladie de la vache folle, l’agent pathogène est une protéine. Montagnier et Barré-Sinoussi isole le VIH en 1981. 3La microbiologie au 21ème siècle 1995 : les premiers génomes totalement séquencés, le nombre de génomes séquencés augmente constamment. Apparition des bactéries sur Terre Les bactéries apparaissent il y’a -3,5 Ma et l’homme il y a -3,2 ma.

En 3,2 ma, il y a eu 160 000 générations. On observe 160 000 générations bactériennes en 10 ans. Les bactéries évoluent plus vite que nous et proposent une diversité incroyable d’espèces par rapport au reste d’espèces vivantes. 2 humains partagent 99% de leur génome. Importance des micro-organismes pour l’environnement Le rôle des micro-organismes dans l’environnement Elles participent aux grands cycles nutritifs (Carbone, azote, soufre). Interaction des micro-organismes avec leur hôte : Théorie de l’endosymbiose Elle apparaît à la fin du 19ème siècle.

Cette théorie a été controversée puis approuvée en 1970 par L.

Margulis. Pour le chloroplaste et la mitochondrie on observe une double membrane, fonction respiratoire et photosynthèse.

Les génomes comportent des ressemblances. En juin 2000 : séquençage des 20 000 gènes du génome humain.

8% de l’ADN humain est constitué de vestiges de gènes microbiens qui ont été transmis par des virus.

L’Homme est constitué à 50% de bactéries. Le microbiote humain est influencé par les hormones sexuelles. 1 2008 – 2012 : Human Microbiome Project : la flore est moins diversifiée dans les pays développés.

L’abondance relative de chaque espèce est très variable selon les individus. Cette abondance relative va être associé à l’âge, soit à la malnutrition, pathologies. Si on a un déficit en bactéroidetes dans l’obésité. Les bactéries du tube digestif aident à la digestion.

Les bactéries présentent dans la paroi du tube digestif participent à la vascularisation du réseau sanguin qui l’irrigue. En cas d’absences de ses bactéries, le tube digestif n’est pas irrigué maladie de Cronn. Le développement du système immunitaire est possible grâce à ses bactéries.

La première contamination pour coloniser le tube digestif, se fait à l’accouchement.

Dans le cas d’un accouchement par césarienne et sans allaitement, le système immunitaire de l’enfant sera défaillant. Les nourrissons traités dans les premiers mois de la vie par antibiothérapie sont affaiblis pour l’âge adulte.

Les patients atteints de cancer, une altération du microbiote est un facteur négatif (prise d’antibiotique avant une chimio). Le microbiote du tube digestif joue un rôle important avec le métabolisme des graisses. Dans le cas de l’obésité, la flore digestive est plus tournée vers le stockage des acides gras. Un microbiote bien développé favorise le développement du système nerveux. Il existe un dialogue afférent et efférent entre le microbiote et le système nerveux.

Un microbiote peut avoir une influence sur le comportement (anxiété). Rq : Le phénomène ne semble pas se limiter aux animaux, la flore bactérienne assure des fonctions essentielles pour la plante.

La flore est localisée à un endroit mais l’effet est systématique.

Les plantes riches en bactéries sont mieux capables de se défendre face aux agressions. Utilisation des micro-organismes En cas de déséquilibre du microbiote : - Les probiotiques - La bactériothérapie fécale (transplantation fécale) - Production naturelle d’antibiotiques : utilisés pour lutter contre les bactéries pathogènes. - Production naturelle d’immunosuppresseurs - Production naturelle d’anticancéreux - Production de médicaments par introduction de gène étrangers (OGM) : insuline, hormone de croissance. La cellule microbienne : structure et fonction 1Définition d’une bactérie La bactérie est souvent définie comme la forme de vie autonome la plus simple sur terre.

Il existe 2 types de bactéries : Les eubactéries (ou bactéries) qui sont des bactéries classiques parasites des animaux et végétaux. Les archae (ou archéobactéries) décrites récemment découvertes dans les milieux extrêmes : très différentes des autres procaryotes et eucaryotes, grande diversité de forme et physiologie. 2 1.1 – taille, forme et arrangement des cellules bactériennes De l’ordre du micromètres avec une diversité de tailles (200 nm à 1 mm). Les 2 formes les plus communes : - les coques : 1 micromètre de diamètre, individuels ou arranger - les bacilles : 5 micromètres de long, individuels ou en arrangements. Les actinomycètes ne sont pas des mycètes mais des bactéries avec une forme de champignon. On peut avoir 2 types de bactéries en serpentin : Les spirilles (rigides) Les spirochètes (flexibles) Certaines bactéries peuvent changer de formes en fonction des conditions environnementales : les bactéries pléomorphes (Rhizobium).

Rhizobium est un bacille qui quand il rencontre une légumineuse, l’envahit par les racines, perd son flagelle et prend une forme de bactéroïde.

Elle va ensuite fixer l’azote. Le caulobacter est une bactérie des milieux aquatiques qui se divise par scissiparité l’une avec une tige et l’autre avec un flagelle. Les bactéries organisées en trichomes : restent attachées après les divisions cellulaires et communiquent les unes avec les autres par des micropores (Cyanobactéries). 1.2 – Organisation de la cellule bactérienne Les bactéries sont caractérisées par : - l’absence d’une membrane nucléaire qui entoure le chromosome et devrait le séparer du cytoplasme.

Certains micro-organismes sont des eucaryotes (protozoaires, algues, levure). - Présence d’une paroi complexe contenant un polymère unique dans le monde vivant (la muréine). Structure commune à toutes les bactéries : membrane, ribosomes, corps d’inclusion et nucléoïde. Structure non commune à toutes les bactéries : paroi, vacuole gazeuse, pili, flagelle, endospores. 2- Les membranes bactériennes 2.1 – La membrane plasmique Elle entoure le cytoplasme, permet les échanges avec l’extérieur.

Son épaisseur est comprise en 5 et 10 nm elle est donc observable avec un microscope électronique. 2.1.1 – La composition On peut l’étudier par cryodécapage.

Composée essentiellement de lipides et protéines.

Elle répond au modèle dynamique de la mosaïque fluide de Singer et Nicholson. Elle est formée de lipides amphipatiques (asymétriques) donc avec une tête polaire, le cœur de la bicouche est hydrophobe. Cas particulier : la membrane des archéobactéries à 1 seule couche de lipide. Les glucides sont absents de la membrane (contrairement aux eucaryotes). 3 Chez les eucaryotes, le cholestérol rigidifie la membrane et chez les bactéries c’est les hapanoïdes. Cette membrane est riche en protéines extrinsèques (ou périphériques), elle représente 20-30% des protéines et sont solubles dans l’eau. Le reste des protéines sont intrinsèques ou intégrales, elles sont amphipathiques. 2.1.2 – Fonction - Sépare le cytoplasme du milieu extérieur - barrière perméable et sélective : semi-perméable Les gaz passent sans problème, les molécules hydrophobes également.

Les molécules polaires de petites tailles passent à travers des canaux.

Les grosses molécules polaires ne passent pas sauf avec un transporteur adapté. Les acides aminés et ions chargés passent difficilement et les protéines ne passent pas. Il existe des transporteurs pour les molécules qui ne peuvent pas traverser. - Déroulement des processus métaboliques importants (photosynthèse, respiration, synthèse des lipides). - Détection des signaux de l’environnement (récepteurs) permettant à la bactérie une réponse adaptée. D’un point de vue médical, la membrane est la cible d’agents antimicrobiens : Alcool, désinfectants, antibiotiques mort de la cellule. 2.2 – Les systèmes membranaires internes Pas d’organites membranaires complexes Peu de structures membranaires On peut cependant observer des invaginations de la membrane plasmiques formant des thylakoïdes ou chromatophores.

Ce sont les systèmes membranaires des bactéries photosynthétiques. 3- Le cytoplasme, la région nucléaire, les ribosomes et les inclusions 3.1- Le cytoplasme On parle d’hydrogel colloïdal (milieu aqueux) à pH neutre. - Composé d’eau à 80%, de protéines, glucides, lipides et ions inorganiques. - Richesse en nutriments : métabolisme très élevé et taux de croissance rapide. Les principales structures du cytoplasme : région nucléaire, ribosomes et corps d’inclusion. Il n’y a pas d’organites, de mitochondries, d’appareil de Golgi et de réticulum. 3.2- La région nucléaire ou nucléoïde - On retrouve 1 chromosome unique.

Il y a 1 ADN bicaténaire circulaire avec des séquences codantes à l’exception des archées qui possèdent des introns. Taille de chromosomes variables : 0,6 et 8 MpB. - La taille des génomes est en rapport avec la versatilité métabolique de l’espèce et est inversement proportionnelle à son degré de dépendance pour un hôte donné. 4 - Pas de protéines histones : ADN empaqueté par d’autres protéines : ADN gyrases - Pas de membrane nucléaire donc le chromosome est accessible et la synthèse protéique est facilitée. Chez les.... »