Bactériologie

Table des matières

1 - Anatomie fonctionnelle des bactéries

2 - Génétique bactérienne

3 - Staphylocoques

4 - Les streptocoques, entérocoques et pneumocoques

5 - Les neisseria

6 - Les bacilles à gram positif non sporules

7 - Entérobactéries et autres bacilles à gram négatif non exigeants

8 - Les bacilles a gram positif sporules

9 - Les bacilles à gram négatif hémophiles ou exigeants

10 - La flore microbienne normale de l'organisme

11 - Les spirochetes

12 - Mycobactéries

13 - Les rickettsia et bactéries voisines

14 - Les chlamydia

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V. Morice

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1.2 - L'anatomie des bactéries

1.2.5 La paroi bactérienne

Malgré la forte pression osmotique (5 à 20 atmosphères) qui règne à l'intérieur du cytoplasme bactérien, la bactérie n'éclate pas grâce à l'existence d'une structure rigide, appelée paroi, de nature polymérique. Les polymères et leur mode de liaison varient selon les espèces bactériennes. Toutefois, une substance de base, spécifique des bactéries, est partout présente : c'est la muréine, appelée encore peptidoglycane.

1.2.5.1 Structure du peptidoglycane

Le peptidoglycane est un polymère complexe formé de 3 éléments différents :

1. une épine dorsale faite d'une alternance de molécules de N-acétylglucosamine et d'acide N-acétylmuramique ;
2. un ensemble de chaînes latérales peptidiques identiques, composées de 4 acides aminés et attachées à l'acide N-acétylmuramique ;
3. un ensemble de « ponts interpeptidiques » identiques.

L'épine dorsale est la même pour toutes les espèces bactériennes tandis que les chaînes latérales de tétrapeptides et les ponts interpeptidiques varient d'une espèce à l'autre.

La plupart des chaînes latérales comportent la L-alanine en position 1 (attachée à l'acide N-acétylmuramique), le D-glutamate en position 2, l'acide diamino-pimélique, la lysine ou un autre acide aminé en position 3, et la D-alanine en position 4.

La figure 1 donne une représentation schématique du peptidoglycane chez Staphylococcus aureus. Il faut noter que les ponts interpeptidiques, qui assurent la fermeture de ce véritable « filet » qu'est le peptidoglycane, sont constitués chez Staphylococcus aureus d'une chaîne de 5 molécules de glycine entre la D-alanine terminale et la L-lysine en position 3.

1.2.5.2 Différences entre bactéries à Gram positif et à Gram négatif

Chez les bactéries à Gram positif,

il y a de nombreuses couches de peptidoglycane qui représentent jusqu'à 90 % des constituants de la paroi bactérienne. Celle-ci contient aussi un feutrage (10 à 50 % du poids sec de la paroi) d'acides teichoïques (polymères du glycérol ou du ribitol phosphate) associés étroitement au peptidoglycane et faisant parfois saillie à la surface de la bactérie. Certains, les acides lipoteichoïques, sont placés transversalement. et s'enfoncent jusqu'à la membrane cytoplasmique. En général il n'y a pas ou peu de protéines dans la paroi des bactéries à Gram positif. Parmi les exceptions, notons la protéine A de Staphylococcus aureus (cf chapitre « Staphylocoques »).

Chez les bactéries à Gram négatif,

il n'y a qu'une seule ou au plus deux couches de peptidoglycane qui ne représente que 5 à 20 % des constituants de la paroi bactérienne. Mais 3 polymères situés en dehors du peptidoglycane viennent compléter la paroi : des lipoprotéines, une « membrane externe » qui contient du lipopolysaccharide.
Les lipoprotéines sont le lien entre le peptidoglycane et la « membrane externe » : le composant protéine est un polymère de 15 acides aminés qui forme une liaison peptidique avec le tétrapeptide des chaînes latérales du peptidoglycane ; le composant lipide est relié à la « membrane externe ».
La « membrane externe » est constituée d'une double couche de phospholipides dans laquelle tout ou partie des phospholipides de la couche la plus externe sont remplacés par des molécules de lipopolysaccharide. Au sein de cette « membrane externe », qui est une mosaïque fluide, se trouvent associés au moins deux types de protéines spécifiques : certaines sont dites protéines de structure car elles consolident la membrane externe (exemple : OMP-A) ; d'autres, appelées « porines » permettent le passage des petites molécules hydrophiles et en particulier, sur le plan médical, des antibiotiques (ß-lactamines, tétracyclines, quinolones...).
Sur le plan immunologique, le lipopolysaccharide constitue l'antigène O des bactéries à Gram négatif. Le LPS est un lipide complexe auquel est attaché un polysaccharide qui est responsable de la spécificité antigénique de l'antigène O. Sur le plan physiopathologique, le LPS, extrêmement toxique, représente l'endotoxine des bactéries à Gram négatif.

Tableau 2 Schéma de la paroi d'une bactérie à gram négatif

Protéines de la membrane externe (Outer Membrane Protein = OMP) : de structure ; ex. : OMP-A porines, ex : OMP-C, OMP-F Lipoprotéines (LP) qui permettent la cohésion du PG et des phospholipides (PL) Protéines de la membrane cytoplasmique ou interne : de structure (PS) enzymes membranaires dont celles qui sont impliquées dans la synthèse du peptidoglycane (PG) et cibles des betalactamines, appelées protéines liant la pénicilline (PLP) LPS : lipopolysaccharide (ou antigène 0) qui remplace en tout ou partie les phospholipides de la couche externe de la membrane externe.

1.2.5.3 Rôle de la paroi

• La paroi confère à la bactérie sa morphologie véritable. Elle constitue le squelette externe de la bactérie et représente 25 à 35 % du poids total de la bactérie.
• La paroi contient la pression osmotique interne. Sans paroi, les bactéries prennent une forme sphérique appelée protoplaste s'il s'agit d'une bactérie à Gram positif, ou sphéroplaste s'il s'agit d'une bactérie à Gram négatif. Les bactéries peuvent survivre sans paroi et même se multiplier (on les appelle alors formes L) à condition d'être placées dans un milieu dont la pression osmotique est équilibrée avec la pression osmotique qui règne à l'intérieur de la bactérie.
• Elle joue un rôle déterminant dans la coloration de Gram. Chez les bactéries à Gram positif, la paroi bloque l'extraction du violet de gentiane et de l'iodure par l'alcool alors qu'elle ne bloque pas cette extraction chez les bactéries à Gram négatif.
• Elle joue un rôle déterminant dans la spécificité antigénique des bactéries.
• Elle est le support de l'action de certains enzymes exogènes (lysozyme) ou endogènes (autolysines) et de certains antibiotiques, notamment les bêtalactamines (pénicillines) qui inhibent la synthèse du peptidoglycane (voir tableau 1).
• Le lipopolysaccharide (LPS) et le peptidoglycane sont capables d'activer le complément par la voie alterne ce qui libère, entre autre, les fractions C3a et C5a (effet chimiotactique) et C3b (effet opsonisant par les récepteurs des phagocytes pour le C3b) qui jouent un rôle important dans la défense non spécifique contre l'infection.

1.2.6 Structures inconstantes

1.2.6.1 La capsule

La capsule est un enduit excrêté par certaines bactéries. Elle est habituellement de nature polysaccharidique, quoique dans le cas de Bacillus anthracis (le bacille du charbon) elle consiste en un polypeptide de l'acide D-glutamique.

Chez les espèces bactériennes capsulées, des mutations peuvent affecter la production de capsule : les bactéries sauvages capsulées donnent des colonies lisses (S pour « smooth ») ou muqueuses, tandis que les bactéries mutantes non capsulées donnent des colonies rugueuses (R pour « rough »). Des variations transitoires peuvent également l'affecter puisque la production de capsule est souvent fonction de la présence de fortes concentrations de sucres ou de sérum (variation phénotypique).

La capsule joue un rôle important dans le pouvoir pathogène de certaines espèces bactériennes (Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella, E.coli K1) par son rôle protecteur contre la phagocytose.

1.2.6.2 Cils ou flagelles

Les cils, ou flagelles, sont des structures inconstantes chez les bactéries. Ce sont des appendices filamenteux, composés entièrement de protéines, de 6 à 15 µm de long sur 12 à 30 nanomètres d'épaisseur. Les protéines flagellaires sont appelées flagellines.

Antigéniques (elles provoquent la formation d'anticorps que l'on peut mettre en évidence dans certains sérodiagnostics, ex. fièvre typhoïde), elles sont différentes d'une espèce bactérienne à une autre. Les flagelles sont attachés dans le cytoplasme bactérien par une structure complexe. Ils constituent les organes de locomotion pour les bactéries qui en possèdent. Selon la disposition des flagelles, on distingue les bactéries monotriches (un seul flagelle polaire), lophotriches (une touffe de flagelles polaires) ou péritriches (flagelles répartis sur toute la surface de la bactérie).

1.2.6.3 Les pili ou fimbriae

De nombreuses bactéries à Gram négatif (exceptionnellement des bactéries à Gram positif) possèdent des appendices de surface plus courts et plus fins que les flagelles et que l'on appelle pili (de pilus = poil), ou fimbriae (frange). On en distingue deux catégories :

Les pili communs

Les pili communs, sont des structures protéiques filamenteuses, de 2 à 3 µm de long, disposés régulièrement à la surface de la bactérie. Ils sont constitués par la polymérisation d'une même sous-unité polypeptidique, la piline, assemblée à des polypeptides mineurs dont l'adhésine. L'adhésine peut avoir des interactions avec un récepteur cellulaire hydrocarboné (glycolipides ou glycoprotéines) présent à la surface d'une cellule eucaryote. En tant que support d'une adhésine, les pili permettent la fixation de certaines bactéries sur les muqueuses, ce qui conditionne leur pouvoir pathogène (ex. fixation de Escherichia coli sur la muqueuse vésicale, du gonocoque sur la muqueuse de l'urètre, du vibrion du choléra sur les entérocytes...). Les structures génétiques codant pour les complexes pili-adhésine sont des opérons en situation plasmidique ou chromosomique.

Les pili sexuels,

plus longs mais en nombre plus restreint (1 à 4) que les pilis communs sont codés par des plasmides (facteur F). Ils jouent un rôle essentiel dans l'attachement des bactéries entre elles au cours de la conjugaison. Ces pilis sexuels servent également de récepteurs de bactériophages spécifiques.
Chez certaines bactéries à Gram positif, des protéines de surface dépassent largement de la paroi et jouent un rôle dans l'adhérence bactérienne, comme les fimbriae, auxquels on pourrait les assimiler. Il s'agit de la protéine A de Staphylococcus aureus et de la protéine M de Streptococcus pyogenes.

1.2.6.4 Les spores

Les bactéries appartenant à certains genres, notamment le genre Bacillus et le genre Clostridium, sont capables de former des endospores. Les bactéries sporulées subissent un cycle de différentiation en réponse aux conditions d'environnement : en l'absence d'aliments, une spore se forme à l'intérieur de chaque bactérie et est libérée lorsque la bactérie s'autolyse. La spore est une cellule bactérienne au repos, hautement résistante à la dessication, à la chaleur et aux agents chimiques. Replacée dans des conditions nutritionnelles favorables, la spore germe et redonne une bactérie identique à celle qui lui a donné naissance. La spore est donc une forme de résistance aux conditions défavorables de vie, avec conservation de toutes les aptitudes génétiquement déterminées.

1.2.6.5 Le glycocalyx

Le glycocalyx est un feutrage de fibres polysaccharidiques (exopolymère) présent à la surface des bactéries dans leur milieu naturel. Chez certaines espèces bactériennes des quantités importantes de glycocalyx sont synthétisées (cas de Pseudomonas aeruginosa ou de Streptococcus mutans) et engluent les cellules bactériennes. Le glycocalyx est alors appelé « slime ».

La production de glycocalyx favorise l'adhésion de la bactérie, par exemple aux matériaux étrangers (prothèse...). Celui qui est produit par Streptococcus mutans est responsable de la formation de la plaque dentaire, indirectement responsable des caries.