Parmi les polysaccharides de surface, on peut distinguer de manière un peu arbitraire, la capsule et les couches
muqueuses ou slime.
La capsule correspond à une structure bien organisée, facilement mise en évidence par des techniques simples alors que le slime correspond à des constituants
polysaccharidiques plus ou moins libérés dans le milieu et ne constituant plus une véritable entité morphologique.
Capsule
A l'exception de certaines espèces de Bacillus dont la capsule est constituée de polypeptides formés d'un seul acide aminé (acide D-glutamique).
la capsule bactérienne est constituée de polysaccharides localisés autour des acides téchoïques chez les bactéries à Gram positif ou autour des lipopolysaccharides chez les
bactéries à Gram négatif.
Pour une même espèce, la nature des sucres et leur mode de liaison peuvent être différents ce qui confère aux bactéries des spécificités antigéniques différentes:Les antigènes capsulaires.
La capsule ne joue pas un rôle vital pour la bactérie et en l'absence de sa synthèse, la bactérie est capable de se multiplier.
En revanche, la capsule joue un rôle important dans le pouvoir pathogène car elle s'oppose à la phagocytose.
Bacterial Capsules. (a) Klebsiella pneumoniae with its capsule . (b) Bacteroides glycocalyx (gly).
Bacterial Glycocalyx.
Bacteria connected to each other and to the intestinal wall, by their glycocalyxes.
Slime
Les polysaccharides de surface peuvent être libérés sous forme de slime dans le milieu où se produit la multiplication bactérienne.
La production de slime est fréquente avec les bactéries
aquatiques et particulièrement intense avec les bactéries du genre Zooglea et conduit à la formation de masses gluantes auxquelles adhèrent des matières en suspension.
Les slimes élaborés par d'autres bactéries sont produits
industriellement et servent d'agent gélifiant dans les industries alimentaires.
Couche de surface cristalline ou couche S (S layer)
• Les couches S sont de connaissance relativement
récente car elles ne peuvent être mises en évidence que par microscopie électronique. Elles sont constituées de protéines ou de glycoprotéines généralement d'un poids moléculaire élevé (40 à 200 kDa).
• Disposées régulièrement sous forme d'un assemblage paracristallin organisé selon un système géométrique carré, hexagonal ou oblique.
• Une couche S a été identifiée chez plusieurs centaines d'espèces appartenant aux domaines des "Archaea" et des "Bacteria .
• Chez les "Archaea" dépourvues de paroi, la couche S constitue la seule enveloppe appliquée sur la face externe de la
membrane cytoplasmique (par exemple, Methanococcus sp.).
Chez les "Archaea" possédant une pseudoparoi, la couche S est située à la périphérie (Methanothermus sp.).
• Chez les "Bacteria" à Gram positif, la couche S est située à la périphérie du peptidoglycane et chez les bactéries à Gram
négatif elle est étroitement associée à la membrane externe.
• Outre son rôle en tant que squelette, la couche S pourrait être impliquée dans l'adhésion, dans la résistance aux protéases des macrophages (Campylobacter fetus subsp. fetus,
Aeromonas salmonicida).
• Chez Campylobacter fetus subsp. fetus, les repiquages
successifs d'une souche font apparaître des variations dans le poids moléculaire de la protéine majeure de la couche S et un phénomène identique est également observé in vivo au cours d'une infection.
Il en résulte une variabilité antigénique permettant aux
bactéries d'échapper aux mécanismes de défense spécifiques, ce qui favorise la virulence.
• La couche S protège également les bactéries de certains bactériophages.
Flagelles et mobilité
• La mobilité s'observe chez de nombreuses bactéries
appartenant aussi bien au domaine des "Bacteria" qu'au
domaine des "Archaea". D'une manière générale, la mobilité s'observe chez les bacilles et seuls quelques coques sont
mobiles . Plusieurs type de mobilité peuvent être observés : La mobilité par glisements, la nage, l’essaimage.
• La mobilité par glissement sur des surfaces solides ne se
rencontre que chez des bacilles à Gram négatif Elle consiste en un déplacement lent sur une surface solide.
• La nage est le type de mobilité le plus fréquent qui s'observe soit dans des milieux liquides soit dans des milieux
semi-solides. La nage résulte de la présence de flagelles.
• L'essaimage est une alternative à la nage qui est observée lorsque des bactéries flagellées sont présentes sur un milieu solide. Ce phénomène est bien connu chez certaines espèces du genre Proteus mais il semble exister chez de nombreuses souches mobiles.
• L'essaimage nécessite une transformation morphologique des bactéries. En milieu liquide, les bactéries sont courtes et
portent quelques flagelles mais, en milieu solide, les bactéries s'allongent et présentent de très nombreux flagelles.
• Chez Vibrio parahaemolyticus et chez Azospirillum brasiliense, les cellules possèdent soit un unique flagellaire polaire
responsable de la nage soit de multiples flagelles responsables de l'essaimage.
Structure des flagelles
Les flagelles sont des structures fines (environ 10 à 20 nm de diamètre), observées soit au microscope électronique soit au microscope optique après des colorations spéciales qui ont toutes pour effet d'épaissir les flagelles afin de les rendre visibles.
Le nombre et la position des flagelles est un caractère important à prendre en considération pour le diagnostic
Le cas le plus simple est constitué par les bactéries ne possédant qu'un seul flagelle situé à une extrémité ou à proximité d'une extrémité de la cellule : l'appareil flagellaire est qualifié de monotriche et de polaire (ou subpolaire).
Lorsqu'une touffe de flagelles est présente à une extrémité on parle de flagellation multitriche et polaire.
Lorsque des flagelles sont présents à chacune des extrémités de la cellule, la flagellation est qualifiée de bipolaire ou d'amphitriche et elle peut être
monotriche ou multitriche.
Enfin, lorsque des flagelles sont disposés sur toute la surface de la bactérie, la flagellation est péritriche.
Figure 5 : Arrangement des flagelles chez les bactéries
Arrangement de flagelles chez les bactéries
Spirillum Spirillum volutans
Pseudomonas Proteus vulgaris
Les flagelles sont constitués de trois parties, un filament hélicoïdal, un crochet et un corpuscule basal :
• Le filament dont la longueur peut atteindre 10nm est formé de
l'assemblage de sous-unités protéiques formées généralement d'une seule protéine, la flagelline dont le poids moléculaire varie de 15 à 70 kDa. Le filament est hélicoïdal et se compose de onze fibrilles
disposés comme les torons d'une corde et parcouru par un fin canal axial. Chez certaines espèces, le filament est entouré par une gaine.
Cette gaine est constituée d'un prolongement de la membrane externe ou d'une structure protéique.
• Le crochet est très court, incurvé et flexible et présente une structure protéique.
• Le corpuscule ou corps basal correspond au lieu d'insertion du
flagelle dans la cellule. Son architecture est complexe et comprend une partie mobile et une partie fixe.
• Le filament et le crochet se prolongent par un cylindre axial qui constitue l'arbre de transmission.
• Autour du cylindre axial on trouve des anneaux ou disques.
Chez toutes les bactéries deux disques internes sont localisés dans la membrane cytoplasmique, le disque M (membrane) et le disque S (supramembrane).
• Chez les bactéries à Gram négatif, se surajoute un disque P (périplasmique) localisé dans le peptidoglycane et un disque L (lipopolysaccharide).
• Les disques S, P et L seraient fixes et le disque M mobile.
• Plusieurs protéines membranaires interviennent pour la rotation et le sens de rotation du moteur
Ultrastructure du flagelle bactérien. Corps basal et crochet chez les bactéries:
(a) gram-négatives (b) gram-positives
The Ultrastructure of Gram-Negative Flagella
chimiotactisme
• Les bacteries ne nagent pas toujours sans raison mais peuvent être attirées par les element nutritifs present dans le milieu ou repoussées par des substances
nuisibles ou des déchets bacteriens on parle de chimiotactisme
• Ce chimiotactisme peut être positif ou negatif selon que la bactérie est attirée ou repoussée par les éléments du milieu
• Les bactéries peuvent répondre à des concentrations très faibles de substances attractives ou répulsives l’ampleur de cette réponse augmente avec la
concentration de la substance
Positive Bacterial Chemotaxis Negative Bacterial Chemotaxis
Pili et fimbriae
• La microscopie électronique a révélé la présence de structures filiformes, différentes des flagelles, non impliquées dans la mobilité et appelées pili ou fimbriae. Il existe une certaine confusion dans la nomenclature de ces
appendices et on peut parler de:
• pili pour désigner les appendices qui jouent un rôle dans la conjugaison (pili sexuels ou pili F)
• fimbriae pour désigner les appendices impliqués dans des phénomènes d'adhésion. Le terme d'adhésine est beaucoup plus général puisqu'il recouvre les fimbriae mais aussi de nombreuses autres molécules
(notamment des protéines) jouant un rôle dans l'attachement des bactéries aux cellules eucaryotes.
• Les fimbriae peuvent avoir deux aspects. Ce sont soit des bâtonnets rigides de 5 à 7 nm de diamètre soit des filaments flexibles de 2 à 3 nm de
diamètre.
• Ces fimbriae semblent être présents chez de nombreuses bactéries à Gram négatif et ils semblent plus rares chez les bactéries à Gram positif.
Flagella and Fimbriae. The long flagella and the numerous shorter fimbriae are very evident in this electron micrograph of Proteus vulgaris
Endospore
• L'endospore ou spore est un organite facultatif qui se forme au sein du cytoplasme de certaines bactéries et qui diffère de la cellule végétative par sa forme, sa structure, son équipement enzymatique et par sa résistance aux agents physiques et chimiques ce qui lui permet de survivre dans des conditions très défavorables.
• La sporulation est le phénomène de différenciation qui conduit de la forme végétative à la spore. La transformation inverse est appelée la germination.
• À l'exception des Desulfosporosinus spp., des Caminicella spp., de quelques espèces du genre Sporomusa, de Coxiella burnetii (qui pourrait former une spore) et de Serratia
marcescens subsp. sakuensis, les endospores ne sont présentes que chez des bactéries à Gram positif.
Au microscope en contraste de phase, la spore apparaît
comme un espace clair très réfringent et limité par un contour net et régulier. Elles sont rondes ou ovales, d'un diamètre
variant de 0,2 à 2 nm.
Si le diamètre est supérieur à celui de la cellule végétative la spore est qualifiée de déformante, dans le cas contraire elle est non déformante. Sa situation à l'intérieur de la cellule permet de reconnaître des spores centrales, subterminales ou terminales.
Sauf exception (par exemple Clostridium disporicum), on ne trouve qu'une seule spore par bactérie.
La spore est constituée par un cytoplasme de texture homogène, pauvre en ARN, en enzymes et en eau mais contenant une quantité d'ADN proche de celle de la cellule végétative.
La membrane cytoplasmique, analogue à celle de la cellule végétative, est entourée de la paroi sporale et du cortex.
Le cortex, très transparent aux électrons, contient la quasi totalité d'un constituant spécifique des spores, l'acide dipicolinique sous forme de dipicolinate de calcium.
Appliqué contre le cortex on trouve la ou les tuniques (appelées alors intine ou tunique interne et exine ou tunique externe) formées de protéines riches en ponts disulfures puis, éventuellement, l'exosporium.
Figure 8 : Morphologie et structure des endospores
Morphologie et structure des endospores
Bacillus anthracis endospore
Spore of Bacillus cereus
Spore of Clostridium botulinum
Rôle de la spore
• A l'état de déshydratation, la présence de dipicolinate de calcium et la richesse en ponts disulfures des tuniques expliqueraient les propriétés de résistance des spores.
• Les spores sont en effet douées d'une longévité et d'une
résistance importante. La longévité est difficile à apprécier mais elle pourrait atteindre plusieurs milliers d'années pour certaines espèces de Bacillus. La thermorésistance est très variable
selon les espèces et même selon les souches, selon l'âge des cultures et selon les conditions de culture.
• Les spores résistent également aux radiations, aux pressions, aux antibiotiques, aux antiseptiques et aux désinfectants.
Tablae u 4 (A e t B )Thermorésistance des endospores
D'après LA RPENT (J.P.) et LA RPENT -GOURGA UD (M.) : Mé mento technique de microb iologie. Lavoisier, Technique & Documentation, 3è me éd ition, Paris, 1997, 1039 pages.
A : Ther morésistance de di verses espèces :
Espèces
D120 (temps en minutes pour détruire 90 p. cent des spores chauffées à 120 °C)
Clostridium tetani 5
Bacillus subtilis 5 à 10
Clostridium thermosaccharolyticum 4 à 5
Bacillus stearothermophilus 4 à 5
Desulfotomaculum nigrificans 2 à 3
Bacillus coagulans 0,1
Clostridium sporogenes 0,1 à 0,5
Clostridium botulinum A ou B 0,1 à 0,2
Bacillus anthracis 1 à 6
Exemples de thermorésistance de quelques espèces bactériennes
Conditions de sporulation
La sporulation est provoquée par l'épuisement du milieu en substrat nutritif et elle peut nécessiter des conditions particulières.
Le processus de sporulation débute à la fin de la phase de croissance exponentielle et il se déroule en 6 étapes.
Le stade I ou stade du filament axial se caractérise par la présence d'un matériel nucléaire qui s'étend sur toute la longueur de la cellule et qui correspond à 2
génomes.
Au stade II, les deux génomes se séparent et en même temps la membrane cytoplasmique s'invagine près d'un pôle de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties inégales.
Ce septum de sporulation va envelopper le cytoplasme de la plus petite partie pour former une préspore caractéristique du stade III.
Entre les deux membranes limitant la préspore se forme la paroi sporale puis apparaît rapidement le cortex dont la présence est caractéristique du stade IV.
Aux stades V et VI, les tuniques sont élaborées et, après maturation, la cellule mère se lyse et libère la spore mature.
Figure 9 : Les principaux stades de la sporulation chez Bacillus subtilis D'après RYTER (A.) : Structure et anatomie fonctionnnelle. In : L. Le M inor et M. Véron, Bactériologie médica le, 2è me éd., Fla mma rion, Paris, 1990, pp. 3-22.
Les différents stades de sporulation
Processus de germination
• Placée dans des conditions favorables (eau, glucose, acides aminés) la
spore va donner naissance à une nouvelle cellule végétative et on distingue trois stades dans ce processus de germination. Activation, initiation,
émergence d’une nouvelle cellule.
• L'activation est un stade souvent indispensable correspondant à une lésion des enveloppes sporales par des agents physiques ou chimiques. En
l'absence de cette activation, même placées dans un environnement favorable, les spores sont incapables de germer. L'activation peut être provoquée par des agents mécaniques (choc, abrasion), des agents physiques (choc thermique) ou chimiques (lysozyme, acides...).
• L'initiation débute en présence de conditions favorables
d'hydratation et en présence de métabolites effecteurs (alanine, adénosine, magnésium, ...) qui pénètrent à travers les
enveloppes endommagées et déclenchent un processus autolytique.
• Des enzymes hydrolytiques dégradent de nombreux
constituants de la spore et notamment le cortex qui libère le dipicolinate de calcium.
• Après l'élimination de la barrière corticale, la spore s'imbibe d'eau, se gonfle et perd ses propriétés de résistance.