Cours de Microbiologie – Licence 2

Les bactéries sont des organismes unicellulaires procaryotes, sans noyau, de 0,5 à 5 µm en général. Leur paroi (peptidoglycane) permet de les classer en Gram positives et Gram négatives. Ce chapitre décrit leur morphologie, leur structure cellulaire (paroi, membrane, nucléoïde, plasmides, ribosomes, flagelles, pili, spores), leur observation (microscopie, coloration de Gram, résolution), leurs…

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Programme : les chapitres

Chapitre à lire gratuitement : Les bactéries : structure, diversité et métabolisme

1. Morphologie et organisation procaryote

Les bactéries sont des procaryotes : leur ADN, un chromosome circulaire unique, est dans le cytoplasme sous forme de nucléoïde, sans enveloppe nucléaire. Elles n'ont pas d'organites membranaires (mitochondries, réticulum) mais possèdent des ribosomes 70S. Formes principales : coques (cocci : staphylocoques en grappes, streptocoques en chaînes), bacilles (bâtonnets : Escherichia coli), vibrions (Vibrio cholerae, en virgule), spirilles et spirochètes.

Le rapport surface/volume est très élevé : pour un bacille de 2 µm de long et 0,5 µm de large, il est de l'ordre de 9 µm⁻¹, contre 0,3 µm⁻¹ pour une cellule eucaryote sphérique de 20 µm de diamètre. Cela favorise les échanges rapides avec le milieu et une croissance très rapide.

2. Structures de la cellule bactérienne

• Membrane plasmique : barrière sélective, siège de la chaîne respiratoire (à défaut de mitochondries).
• Paroi : de peptidoglycane (muréine), qui maintient la forme et résiste à la pression osmotique.
• Capsule : polysaccharides, protège contre la phagocytose.
• Flagelles (mobilité), pili (adhésion) et pili sexuels (conjugaison).
• Plasmides : petites molécules d'ADN circulaires extra-chromosomiques, porteuses de gènes de résistance ou de virulence.
• Endospores (Bacillus, Clostridium) : formes de résistance très durables à la chaleur et à la dessiccation.

3. Les bactéries Gram positives et Gram négatives

La coloration de Gram (violet de gentiane, lugol, alcool, fuchsine) sépare deux grands types selon la paroi :

• Gram positives : épaisse couche de peptidoglycane, acides teichoïques ; elles retiennent le violet et paraissent violettes (Staphylococcus, Streptococcus, Bacillus).
• Gram négatives : mince peptidoglycane entouré d'une membrane externe riche en lipopolysaccharide (LPS, endotoxine) ; décolorées par l'alcool, elles se colorent en rose (E. coli, Salmonella, Vibrio, Pseudomonas).

Remarque : les mycobactéries (tuberculose) ont une paroi cireuse riche en acides mycoliques et se colorent par la technique de Ziehl-Neelsen (bacilles acido-alcoolo-résistants).

4. Observation au microscope

Le grossissement total est le produit des grossissements de l'objectif et de l'oculaire. La résolution (plus petite distance séparant deux points distincts) est d = 0,61 λ/NA, où λ est la longueur d'onde et NA l'ouverture numérique de l'objectif. Avec λ = 550 nm et NA = 1,25 (objectif à immersion), d = 268 nm : on distingue les bactéries, mais pas les virus, qui exigent la microscopie électronique.

5. Types nutritionnels et respiratoires

• Source d'énergie : phototrophes (lumière : cyanobactéries) ou chimiotrophes (réactions chimiques).
• Source de carbone : autotrophes (CO₂) ou hétérotrophes (matière organique).
• Respiration : aérobies stricts (O₂ obligatoire), anaérobies stricts (O₂ toxique, par exemple Clostridium), aérobies-anaérobies facultatifs (E. coli), microaérophiles.
• Fermentation : sans accepteur final extérieur d'électrons (lactobacilles : lait fermenté, lait caillé).

Rôles écologiques : fixation de l'azote (Rhizobium), décomposition, nitrification, cycle du soufre, symbioses digestives.

6. Échanges génétiques

• Transformation : absorption d'ADN nu du milieu.
• Transduction : transfert d'ADN par un bactériophage.
• Conjugaison : transfert direct d'ADN d'une bactérie donatrice à une réceptrice par un pilus ; le plasmide F permet la formation d'un pilus sexuel. Dans une souche Hfr, le plasmide F est intégré au chromosome et les gènes sont transférés dans un ordre fixe, proportionnel au temps. L'expérience de conjugaison interrompue permet de cartographier le chromosome : la carte d'E. coli mesure 100 minutes pour 4,6 Mpb, soit 46 kpb par minute.

7. Bactéries et santé

La plupart des bactéries sont inoffensives ou utiles. Le microbiote intestinal humain compte environ 4×10¹³ bactéries (ordre de grandeur). Les bactéries pathogènes agissent par adhésion, invasion, production de toxines (choléra, diphtérie, tétanos) ou d'endotoxine. Maladies bactériennes fréquentes en Afrique de l'Ouest : tuberculose, choléra, fièvre typhoïde, méningite à méningocoque, infections respiratoires, trachome.

8. Retenir l'essentiel

• Savoir classer une bactérie : forme, Gram, besoin en oxygène, type nutritionnel.
• Un grossissement élevé ne dépasse pas la limite de résolution.
• La résistance aux antibiotiques se propage par plasmides et transferts horizontaux.