ULaval:MED-1206/Microbiologie et infectiologie/Grands groupes de micro-organismes

De Wikimedica
Ce guide d’étude a été élaboré par les volontaires de Wikimedica dans le cadre du cours MED-1206 à l'Université Laval et est basé sur le travail des responsables du cours. Il est fourni comme aide à l'étude et ne constitue pas un document officiel du cours.

MIC-011 et 013. Distinguer les caractéristiques entre les deux grands groupes de microorganismes : les procaryotes et les eucaryotes. / Préciser les différentes caractéristiques entre les procaryotes et les eucaryotes

On classifie les microorganismes, à l'exception des microbes, en eucaryotes et procaryotes. Les eucaryotes possèdent noyau délimité par une membrane nucléaire et contenant plusieurs chromosomes. Ils peuvent être uni ou pluricellulaires. Les procaryotes, par opposition, n'ont pas de véritable noyau délimité, et possèdent uniquement un seul chromosome, libre dans le cytoplasme. Ils sont toujours unicellulaires.

Caractéristiques Procaryotes Eucaryotes
nombre de cellules unicellulaire unicellulaire ou pluricellulaires
taille petite grande
noyau sans membrane présence d’un vrai noyau (membrane)
chromosome 1 (flotte dans le cytoplasme) >1
ADN extrachromosomal plasmides dans les organelles
mitose non oui
stérols membranaires non oui
paroi peptidoglycan sans peptidoglycan
ribosomes 70S 80S
organelles non mitochondries
exemples bactéries mycètes, protozoaires

MIC-012. Concevoir la taille et l’omniprésence des microorganismes

Tailles varient entre les types de microorganismes :

  • Bactérie : 0,5-1um de diamètre
    • Bacilles : 3-5um de long
  • Virus : tailles variant entre 25 et 250 nm
  • Les mycètes eux sont plus gros : entre 0,5um et 0,5mm
  • Protozoaires sont multicellulaires et donc naturellement plus complexes et de taille plus importante (10um-mm)
VIRUS BACTÉRIES MYCÈTES PROTOZOAIRES
Dimensions 20-250 nm 0.5-5 µm 0.5 µm-mm 10 µm-mm

Omniprésence et abondance :

  • Ils sont partout
    • Ce sont les organismes les plus abondants sur terre
    • Ils sont présents dans tous les milieux (sol, eau, air etc.)
      • Leur potentiel métabolique est important
        • Ils peuvent utiliser plusieurs moyens pour se procurer de l'énergie.
      • Contribuent aux écosystèmes et accomplissent fonctions essentielles.
        • Production d'oxygène
        • Dégradation et recyclage des matières organismes
        • Rôle écologique important : pas de vie sans les microbes.
    • Danger d’infection par l’environnement entier pour l’Homme
      • Il y a toutefois beaucoup plus d'espèces inoffensives ou nécessaires à la vie que de pathogènes
    • Besoin de développer méthodes de conservation de nourriture efficaces
  • Ils ne sont pas tous dangereux (plus de microorganismes inoffensifs que de pathogènes)
    • Certains vivent en symbiose avec les humains et nous apportent des bénéfices.

MIC-014. Comparer les différentes caractéristiques entre les virus, les bactéries, les mycètes et les protozoaires

Virus Bactéries Levures (mycètes) Moisissures (mycètes) Protozoaires
Acides nucléiques ADN ou ARN ADN et ARN ADN et ARN ADN et ARN ADN et ARN
Métabolisme « Aucun » Autonome (certains sont parasites intra cellulaires obligatoires) Autonome (saprophytes) Autonome (saprophytes) Complexe
Croissance Sur milieu vivant Sur milieu synthétique Sur milieu synthétique Sur milieu synthétique Difficile sur milieu synthétique
Dimensions 20-250 nm 0,5-5 microns 0,5 microns – mm 0,5 microns – mm 10 microns – mm
Multiplication Assemblage dans la cellule hôte (entre dans cellule hôte, perd capside, libère acide nucléique, est répliqué, nouveaux virions libérés) Fission binaire Bourgeonnement Exospores Complexes, cycles vitaux dans des hôtes intermédiaires
Traitement Antiviraux Antibactériens Antifongiques Antifongiques Antiparasitaires
Type Procaryotes (nucléoïde libre) Eucaryotes Eucaryotes (structure mycélienne ou coenocytique) Eucaryotes
Cellules Unicellulaires Unicellulaires Unicellulaires Multicellulaires Multicellulaires
Autres Parasites intracellulaires obligatoires Les plasmides contiennent parfois des gènes de résistance. Nombreux usages
  • Alimentation (bière, cidre, vin, fromage)
  • Revalorisation des déchets agricoles
  • Production de protéines

Rôle négatif

  • Dégradation des aliments
Certains sont phytopathogènes (néfastes pour production d'aliments)

Certains sont saprophytes (dégradation de matière organique)

Peuvent être toxinogènes

Parfois utiles dans l'agriculture et l'industrie (Botrytis et raisins de Sauternes, fromages, Penicillium et antibiotiques, enzymes)

Ceux capables de causer une maladie sont appelés parasites.

*la plupart des mycètes pathogènes existent en tant que saprophytes environnementaux et la contagion de l’Homme n’est pas nécessaire à leur survie.

MIC-015 et 017. Décrire les principes de la classification bactérienne / Décrire les caractères phénotypiques et génotypiques de la classification bactérienne.

  • Linné (1753-1758) : pose les fondements de la taxonomie et de la nomenclature en utilisant la morphologie.
    • Aujourd’hui, on utilise également la biochimie, la génétique moléculaire, etc.
    • Pour une bactérie, on emploie une nomenclature binomiale (à 2 noms, le genre et l’espèce).
      • Racines latines : bacillus (petit bâtonnet), lactobacillus (petit bâtonnet de lait), sarcina (en paquet)
      • Racines grecques : micrococcus (petit grain), clostridium (fuselé), corynebacterium (bâtonnet en forme de massue)
      • En l’honneur de personnalités : pasteurella, Erwinia (Erwin F. Smith), Neisseria (Albert Neisser, a découvert gonorrhée)
      • Langage courant : gonocoque (Neisseria gonorrhoeae), méningocoque (Neisseria meningitidis), pneumocoque (S. pneumoniae), entérocoque (enterococcus faecalis)
  • Nombreuses échelles de classification. Si beaucoup de caractères en commun, on parle d'espèce. À mesure que le nombre de caractères communs diminue, on parle de genre, tribu, famille, etc. Les frontières sont cependant arbitraires, et remises en question.
  • Les études des protéines/acides nucléiques (produits directs des gènes) constituent une des meilleures approches, car elle donne des informations sur les liens de parenté véritables.
Critères phénotypiques Critères génotypiques Identification bactérienne
Morphologie
  • Taille 0,5-1 micron (diamètre), 2-5 microns (longueur)
  • Forme : cocci, bacilles, spirales, pléïomorphes
  • Arrangement : isolée, paires (diplocoques), chaînes (Strep.), cubes / prismes (Sarcina), désorganisé (Staph.)
  • Morphologie des colonies : taille, couleur, forme, aspect, texture
  • Coloration (Gram) : violet pour Gram (+), rose pour Gram (–)
  • Flagelles : monotriche, lophotriphe, amphitriche, péritriche
  • Structures intracellulaires (endospores)
Comparaison des protéines
  • Séquence en AA (reflète les séquences des ARNm)
  • Mobilité électrophorétique des protéines
  • Ig pour détecter protéines spécifiques
  • Propriétés physiques, cinétiques, régulatrices des protéines
Réactions métaboliques

Morphologie

Coloration

Épreuves biochimiques

Sondes d’ADN

Biochimie
  • Relation avec l’oxygène
  • Source de carbone
  • Voies métaboliques
  • Produits terminaux de fermentation
  • Besoins en facteurs de croissance
Comparaison en bases des acides nucléiques
  • Comparaison directe ou similitudes estimées
  • Parties exprimées et muettes
  • Le contenu en bases puriques et pyrimidiques est constant pour une espèce
  • Coefficient G-C (pourcentage de guanine + cytosine parmi l'ADN) : varie entre 25 et 75% pour bactéries
  • Les homologies moléculaires permettent de séparer des bactéries regroupées sur la base de caractères morphologiques
Identification à des fins pratiques (pour avoir un traitement approprié)

But : réduire le nombre d'épreuves pour augmenter l'efficacité

Pas nécessairement les mêmes techniques pour classifier et identifier

Sérologie
  • Antigènes de surface (paroi Ag O, flagelle Ag H, capsule Ag K)
  • Notion de sérotypes
Hybridation des acides nucléiques
  • Capacité de brins d’ADN de 2 organismes à s’hybrider
  • Si hybridation élevée --> organismes apparentés
Utilisation de réactions métaboliques, car difficile de distinguer bactéries de protozoaires, parasites ou mycètes sur une base morphologique simple.
Antibiotiques
  • Sensibilité aux ABx
Séquençage de l’ADN ou de l’ARN
  • Les bacilles (cylindres) peuvent être en chaînes
  • Les coques (sphères) peuvent être en amas, en chaînes ou en paires

MIC-018 et 019. Dissocier l’identification de la classification bactérienne / Décrire les critères et méthodes taxonomiques de la classification et d’identification bactérienne

Identification :

  • En clinique, comment peut-on reconnaître une bactérie d’une autre à des fins de diagnostic et éventuellement de traitement ?
  • Beaucoup de caractéristiques communes entre les espèces de bactérie
    • Focus sur les traits qui les distinguent (Rx métaboliques etc.)
    • Trouver ceux faciles à effectuer : rapide et efficace.

Classification :

  • Fondée sur l’étude des caractères phénotypiques et génotypiques.
  • Beaucoup de différentes méthodes utilisées en combinaisons différentes pour classifier les différentes espèces de bactéries.
Applications des critères
Critères ou méthodes Classification Identification
Caractères morphologiques Non Oui
Coloration différentielle Oui Oui
Épreuves biochimiques Non Oui
Sérologie Non Oui
Composition des bases d’ADN Oui Non
Hybridation moléculaire Oui Oui
Séquençage d’ADN Oui Non

MIC-016. Définir la notion de souche

  • Cultures de même espèces parfois non identiques.
  • Souche = cellules bactériennes descendant toutes d’une même cellule mère
    • Se distinguent par les antigènes qu'elles portent (O, H, K)
  • Exemple : E. coli O157:H7

MIC-020. Distinguer dans l’anatomie bactérienne, les enveloppes, les constituants internes, les appendices externes et l’endospore

Voir les objectifs suivants

MIC-021. Décrire les différentes structures et fonctions des enveloppes bactériennes

Capsule Glycocalyx Paroi Membrane cytoplasmique
Pas visible en microscopie Semi-rigide, assure forme (sphère, bâtonnet, spirale), point d’ancrage pour flagelles Mince, souple mais résistante
Détection : encre de chine et halo clair / opsonisation (réaction de Quellung) Gram +

Bleues

Paroi épaisse

Acides technoïques (déclenchent inflammation)

Ex : S. pneumoniae

Gram –

Roses

Paroi mince

Enveloppe externe (prot, lipides, lipopolysaccharides ou LPS, une endotoxine) --> protège contre pénicilline, lysosyme, désinfectants, métaux lourds, sels biliaires)

Espace périplasmique

Perméabilité : porines

Barrière osmotique

Transport de substances : perméases assurent pénétration sélective.

Métabolisme : enzymes qui jouent le rôle des mitochondries

Division cellulaire : mésosomes aident à fission binaire

Seulement quelques espèces ; non indispensable P. aeruginosa, S. mutans --> bcp de glycocalyx (exopolymère, biofilm, slime) favorise adhérence
S. pneumoniae : capsule empêche phagocytose et permet adhérence S. mutans : plaques dentaires, caries
Polysaccharides Polysaccharides Peptidoglycan (= muréine = mucopeptide)

Chaînes de polysaccharides reliées par tétra-peptides --> structure réticulée

Alternance N-acétyl-glucosamine (NAG) et N-acétyl-muramique (NAM)

Les tétrapeptides sont attachés à NAM

Bicouche de phospholipides

Protéines

Pénicilline : inhibe transpeptidase (PBP) à pas de tétrapeptides pour relier polysaccharides Phénols, antiseptiques cationiques, antibiotiques polypeptidiques : ciblent membrane cytoplasmique
Classification par sérotype

Ag capsulaires = Antigènes K

Classification par sérotype

LPS des Gram (–) porte Antigènes O sur sa partie polysaccharique

MIC-022, 023 et 024. Comparer la paroi des bactéries à Gram positif et à Gram négatif / Identifier la principale structure de la paroi bactérienne / Décrire les différences physiques et chimiques de la paroi bactérienne

Gram positif Gram négatif
Épaisseur 15-80nm 10-15nm
Structure Une couche de peptidoglycan Trois couches : LPS, lipoprotéines et peptidoglycan
Peptidoglycan 50% poids sec 10% poids sec
Acides teichoïques et lipoteichoïques Oui Non
Lipoprotéines Non Oui
Lipopolysaccharides Non Oui
Phospholipides Non Oui
Porines Non Oui
Autres informations Paroi épaisse (bcp de peptidoglycan)

Acides teichoïques : déclenchent réaction inflammatoire

Ex : S. pneumoniae

Bleues à la coloration Gram

  • Couche de peptidoglycans mince
  • Enveloppe externe avec protéines, lipides et lipopolysaccharides (LPS, une endotoxine puissante).
    • Barrière contre les antibiotiques (pénicilline), enzymes digestives (lysozyme), désinfectants, métaux lourds, sels biliairess
    • Perméabilité due aux porines
  • Sur la partie polysaccharidique des LPS --> antigènes O
  • Entre membrane plasmique et membrane externe --> espace périplasmique, remplie du périplasme, qui abrite la couche de peptidoglycan et contient des enzymes de dégradation et des transporteurs de protéines.

Roses à la coloration Gram

Bacterial cell wall. * Top: Gram-negative cell wall. 1-inner membrane, 2-periplasmic space, 3-outer membrane, 4-phospolipid, 5-peptidoglycan, 6-lipoprotein, 7-protein, 8-LPS, 9-porins. * Bottom: Gram-positive cell wall. 1-cytoplasmic membrane, 2-peptidoglycan, 3-phospholipid, 4-protein, 5-lipoteichoic acid.

Coloration de Gram

  • Cristal-violet colore les 2 types de bactéries en bleu.
  • Ajour d’iode, qui forme des cristaux complexes avec le colorant
  • Ajout d’alcool, qui a un effet différent selon la bactérie :
    • Sur Gram (–) : dissout membrane externe et forme des trous dans la couche de peptidoglycan --> cristaux du complexe violet-iode sortent des Gram – --> Gram – deviennent incolores
    • Sur Gram + : alcool rend paroi imperméable (donc cristaux de violet-iode restent à l’intérieur et bactéries demeurent bleues)
  • Ajout de safranine : les Gram – (incolores après traitement à l’alcool) deviennent roses, les Gram + ne changent pas (toujours bleues)

Rôles de la paroi

  • Forme des bactéries :
    • Sphériques (cocci)
    • Bâtonnets (bacilles et coccobacilles)
    • Spiralées (vibrio et spirochètes)
    • Sans forme définie (pléïomorphes)
  • Antigénicité :
    • Antigène O
    • Récepteurs auxquels s’accrochent les bactériophages (virus infectant bactéries)
  • Antibiotiques :
    • Certains antibiotiques ont une structure β -lactame (les β-lactamines : pénicillines, céphalosporines et carbapénèmes) : possèdent un cycle avec 3 carbones et 1 azote
      • Empêchent assemblage des parois en inhibant transpeptidase
      • Peuvent être contrés si bactéries synthétisent β-lactaminase, qui scinde l’antibiotique (résistance)

MIC-025. Décrire les différentes structures et fonctions des constituants internes des bactéries

Cytoplasme

  • nombreux ribosomes (deux sous-unités 30S et 50S)
    • composés de protéines et d'ARN
  • on trouve parfois des granulations, où sont stockés certains constituants

Noyau

  • visible avec certaines colorations
  • structure fibrillaire en microscopie électronique
  • le chromosome bactérien est un filament d'ADN bicaténaire (double brin), circulaire nu. Il est 1000 fois plus long que la bactérie (il est stocké en peloton).

ADN extra-chromosomique/plasmides

  • molécules d'ADN cytoplasmiques dotées de réplication autonome
  • médiateurs de propriétés permettant une meilleure adaptation des bactéries
  • il existe des plasmides de résistance (aux antibiotiques, aux sels de métaux lourds)
  • les plasmides se trouvent surtout chez
    • les Gram (+) : Staphylocoque, Streptocoque
    • Les Gram (-) : Entérobactéries, Pseudomonas, autres bacilles.

MIC-026 et 027. Décrire les différentes structures et fonctions des appendices externes des bactéries

Flagelles Filaments axiaux Fimbriae (pilis communs) Pilis sexuels
Microns

*Visibles uniquement par coloration spéciale

Seulement pour spirochètes (structure spiralée) Surtout Gram – Surtout Gram –
Structure hélicoïdale semi-rigide Filaments axiaux = endoflagelles Hélice autour d’un noyau central Hélice autour d’un noyau central
Motricité de bactérie : rotation du corpuscule basal

**Flagelle des eucaryotes (protozoaires) : mouvement ondulatoire

Motricité : mouvement de vrille Fixation, pas mouvement Fixation, pas mouvement
Monotriche : 1 flagelle

Amphitriphe : flagelles aux 2 extrémités

Lophotriche : plusieurs flagelles à 1 seule extrémité

Lopnotriche : plusieurs flagelles aux 2 extrémités

Péritriche : flagelles sur toute la surface

Traponema pallidum : syphilis

Borrelia burgdorferi : Lyme

Sur toute la surface de la cellule

Adhérence aux surfaces

Contribuent à virulence

Plus longs que fimbriae

Relient bactéries entre elles en vue de conjugaison (transfert d’ADN)

Résistance aux ABx

3 parties :

Filament : cylindre creux de flagelline ; hélice ; accroché au crochet

Crochet : plus large

Corpuscule basal : tige centrale insérée dans série d’anneau

Faisceaux de fibrille Piline Piline
Permet chimiotactisme
Flagellines = antigène H

MIC-028. Associer les déterminants antigéniques bactériens O, H et K à une structure bactérienn

  • Antigènes K : capsule
  • Antigènes O : sur LPS de la membrane externe des Gram –
  • Antigènes H : flagellines

MIC-029. Décrire la structure et la fonction de l’endospore bactérienne

L'endospore bactérienne est une spore intracellulaire. Elle est utilisée par la bactérie pour conserver les éléments vitaux indispensables dans des conditions environnantes suboptimales, voire dangereuses. Il s'agit donc d'une forme de résistance. Lors d'un retour de conditions favorables, il y aura germination de l'endospore, ce qui donnera une nouvelle bactérie. Une endospore peut rester en dormance pendant plusieurs années.

  • Chez bacilles à Gram + des genres Bacillus et Clostridium
  • Différent des spores des mycètes (= cellules-filles formées lors de reproduction asexuée)
  • Volume et localisation de la spore : critères d’identification, car propre à la bactérie.

Propriétés de l'endospore

  • Résistance à la chaleur grâce à l’acide dipicolinique (empêche dénaturation des protéines)
  • Résistance aux produits chimiques grâce à l’imperméabilité de la spore.

Endospores importantes dans dissémination de :

  • Gangrène gazeuse (Clostridium perfrigens)
  • Tétanos (Clostridium tetani)
  • Botulisme (Clostridium botulinum) – conserves
  • Anthrax (Bacillus anthracis)