Le monde des micro-organismes
N. Bourgeois-Nicolaos
Laboratoire de Microbiologie Hôpital Antoine Béclère
Microbiologie
Etude des micro-organismes ou «microbes»
• Invisibles à l’œil nu
• Observation au microscope
• Bactéries, virus, parasites, champignons
• Responsables d’infections
Procaryotes/Eucaryotes
Procaryotes Eucaryotes
Représentants Bactéries Champignons, Protozoaires
Animaux,Plantes
Taille 1-10µm 10-100µm
Type de noyau Absent Noyau avec une enveloppe
ADN Un chromosome
circulaire Plusieurs chromosomes linéaires ARN/ synthèses
protéines Couplé au cytoplasme Synthèse d’ARN dans le noyau Protéines : cytoplasme
Ribosomes 23S+16S+5S 28S+18S+5,8S+5S
Structure
cytoplasmique Très peu de structures Très structuré avec des membranes intracellulaires
Métabolisme Aérobie et anaérobie Aérobie
Mitochondries absente Nombreuses
Division de la cellule simple Mitose
méiose
I - Principaux
micro-organismes
Différents types de microbes
Microbe Taille
approximative Nature des cellules
Virus 0,01-0,25µm Acellulaire
Bactéries 0,1-10µm Procaryote
Champignons 1-2µm Eucaryote
Protozoaires 2-10000µm Eucaryote
Animaux
Pluricellulaires pas de paroi
Mobiles hétérotrophes
Végétaux
Pluricellulaires Paroi : cellulose
immobiles Autorotrophes
Fungi
Uni/Pluricellulaires Paroi : chitine
immobiles hétérotrophes
Protistes : Eucaryotes unicellulaires Eucaryotes
Procaryotes
Unicellulaire
Pas de membrane nucléaire
Bacteria Archaea
Bacteria et Archaea
Le plus grand groupe
Comprend tous les procaryotes importants en médecine
Faible proportion d’espèces vivants en environnement extrême
Quelques espèces capables de photosynthèse
Aucune espèce productrice de méthane
Le plus petit groupe
Aucune espèce médicalement importante n’est connue
Forte proportion d’espèces vivant en environnement extrême
Aucune espèce capable de photosynthèse Comprend toutes les espèces productrices de méthane
Bactérie
• Unité de structure : cellule (1µm)
• Procaryote : pas de membrane nucléaire
• Présence de systèmes enzymatiques de biosynthèse => autonome
• Homme, environnement, animaux…
– Forme sphérique : coque ou cocci
• Groupés par deux : Méningocoques
• Chaînette : Streptocoques
• Amas ou grappe de raisin : Staphylocoques
– Forme bâtonnet : bacilles
Escherichia coli
– Forme spirale : spirochètes
Tréponèmes : Treponema pallidum (syphilis)
Morphologie
Structure bactérienne
• Paroi bactérienne
• Membrane cytoplasmique
• Cytoplasme et ribosomes
• Appareil nucléaire
Eléments obligatoires
• Enveloppe rigide
• Principal constituant : le peptidoglycane
• Deux types de paroi bactérienne – Bactéries à Gram positif
– Bactéries à Gram négatif
Paroi bactérienne
• Permet l’identification des bactéries
• Coloration différentielle basée sur la différence de structure de la paroi
– Bactéries à Gram positif : violet – Bactéries à Gram négatif : rose
Coloration de Gram
Paroi bactérienne
Coloration de Gram
Cristal violet
Lugol
Alcool acétone (décoloration)
Fuschine
(Contre-coloration)
• Couche épaisse de peptidoglycane (30-50 nm)
Bactéries à Gram positif
Paroi bactérienne
Bactéries à Gram positif – Cocci :
Staphylococcus aureus (abcès, furoncles …) Streptococcus pneumoniae (pneumonies …) – Bacilles :
Listeria (Listeriose) Corynebacterium
Bactéries à Gram positif
Paroi bactérienne
• Membrane externe
– Double couche de phospholipides
– Porines : passages de petites molécules – Lipopolysaccharide ou LPS : toxicité
• Mince couche de peptidoglycane (3-5nm)
Bactéries à Gram négatif
Paroi bactérienne
• Bactéries à Gram négatif :
– Cocci : Neisseria meningitidis (méningite …) – Bacilles :
• Entérobactéries :
Escherichia coli (infection urinaire)
• Bacille pyocyanique ou Pseudomonas aeruginosa
Bactéries à Gram négatif (2)
• Paroi des mycobactéries
– Structure différente
(très riche en lipides) – Coloration de Ziehl-Nielsen
– Ex : Mycobacterium tuberculosis
Cas particuliers
Bactéries
• multiplication par scissiparité (simple division) pour les bactéries
• Besoins élémentaires
• Eau
• Sels minéraux
• Oligo-éléments (fer, calcium, zinc ...)
• Carbone, azote …
• Nutriments (glucose)
• Besoins spécifiques :
• facteurs de croissance
Nutrition bactérienne
• Température
– Bactéries pathogènes 37°C – Listeria monocytogenes 4°C
• pH
– neutre (pH=7) ou légèrement alcalin (pH=7,5) – Lactobacillus (pH=6,3-6,5)
Conditions physico-chimiques
de la croissance
• Pression partielle en oxygène
– Aérobies stricts : ne peuvent vivre sans air (O2)
• Pseudomonas
– Anaérobies stricts : sont tuées en présence d ’air
• Clostridium
– Aérobies - anaérobies : peuvent pousser en présence ou en absence d ’air
• Entérobactéries, staphylocoque
Conditions physico-chimiques
de la croissance
– Gélose nutritive ordinaire
• bactéries non exigeantes
• Staphylocoques, Entérobactéries
• Bactéries de l’environnement
– Gélose enrichie
• bactéries exigeantes
• Streptocoques, méningocoques ..
Milieux de culture
• Etude des caractères :
– Morphologiques (cocci, bacilles...) – Gram (négatif ou positif)
– Culturaux (aérobies, anaérobies...) – Biochimiques (catalase, oxydase...)
Classification
Catégories et rangs taxonomiques
Catégories Exemple
Règne Procaryote
Division Gracilicutes
Classe Scotobacteria
Ordre Eubacteriale
Famille Enterobacteriaceae
Genre Escherichia
Espèce coli
Virus
• 100 fois plus petit qu ’une bactérie
• Acellulaire
• Absence de systèmes enzymatiques de
biosynthèse => parasitisme obligatoire
Virus
parasitisme intracellulaire obligatoire Nécessite la machinerie enzymatique
des cellules pour se reproduire Multiplication, in vitro, sur culture
cellulaire
Cellules infectées par Herpès simplex virus Cellules infectées par Herpès simplex virus
Structure des virus
- 1 élément constant : la nucléo-capside
• Acide nucléique (ARN ou ADN) : génome • Capside : protection du génome
- 1 élément présent chez certains virus seulement : les virus enveloppés
• L’enveloppe virale
Virus sans enveloppe : virus nu
Structure des virions
Génome viral Capside Enveloppe
Glycoprotéines de l’enveloppe
Virus nu Virus enveloppé
Classification des virus : taxinomie
• Ordre : - virales (ex : Mononegavirales)
• Famille : - viridae (ex : Reoviridae)
• Sous-famille : - virinae (ex : Betaherpesvirinae)
• Genre : - virus (ex : Flavivirus)
• Espèce : nom courant du virus (ex : poliovirus)
• Type : déterminé par la sérologie (sérotype) ou par l'analyse génétique (génotype)
• Variant intratypique : reconnu par la sérologie ou par l'analyse génétique
• Souche : population virale homogène obtenue à partir d'un isolat
CELLULE EUCARYOTE HUMAINE CELLULE EUCARYOTE HUMAINE
ADN, ARN messager, ARN ribosomal, ARN de transfert ADN, ARN messager, ARN ribosomal, ARN de transfert
BACTERIE BACTERIE
ADN, ARN messager, ARN ribosomal, ARN de transfert ADN, ARN messager, ARN ribosomal, ARN de transfert
VIRUS VIRUS ADN ou ARN ADN ou ARN
Génomes des virus
ADNADN
ARNARN Petits génomes :
Exemple : 7,2 à 8,4 kb pour les Picornaviridae (ex: entérovirus) 20 à 30 kb pour les Coronaviridae (Coronavirus)
Taille plus grande :
Exemple : 5,1 kpb pour les Polyomavirus (virus JC)
375 kpb pour les Poxviridae (virus de la variole)
Génomes des virus
VIRUS À ARN
MONOCATÉNAIRE
LINÉAIRE CIRCULAIRE
LINÉAIRE
POLARITÉ
POSITIVE POLARITÉ
NÉGATIVE AMBISENS
UNITAIRE
Picornaviridae
Caliciviridae
Astroviridae
Togaviridae
Flaviviridae
Coronaviridae
DIMÈRE
Retroviridae
UNITAIRE
Paramyxoviridae
Rhabdoviridae
Filoviridae
SEGMENTÉ
Orthomyxoviridae
(6 à 8 segments)
SEGMENTÉ
Arenaviridae
(2 segments viraux, 3 ribosomes d'origine cellulaire)
POLARITÉ NÉGATIVE
UNITAIRE
V. de l'hépatite Delta
POLARITÉ NÉGATIVE et/ou
AMBISENS
SEGMENTÉ
Bunyaviridae
(3 segments)
SEGMENTÉ
Reoviridae (10 à 11 segments)
Taille du génome viral : de 7,2 à 8,4 kb pour les Picornaviridae à 20 à 30 kb pour les Coronaviridae
BICATÉNAIRE
Taille du génome viral : de 5,1 kb (8 protéines) pour les Polyomavirus de la famille des Polyomaviridae à 375 kb (300 protéines) pour les Poxviridae G + C % : proportion de bases guanine et cytosine dans le génome viral, exprimée en pourcentage
VIRUS À ADN
LINÉAIRE CIRCULAIRE
UNITAIRE
Herpesviridae
Poxviridae
Adenoviridae
UNITAIRE
Hepadnaviridae
Papillomaviridae
Polyomaviridae
BICATÉNAIRE MONOCATÉNAIRE
LINÉAIRE
UNITAIRE
Parvoviridae
Virus de la grippe
Virus de l’herpes simplex Virus de l’herpes simplex
Famille des
Famille des Herpesviridae Herpesviridae
(d’après J. M Huraux, Virologie médicale, ESTEM 2003) (d’après J. M Huraux, Virologie médicale, ESTEM 2003)
Adénovirus Adénovirus Famille des
Famille des Adenoviridae Adenoviridae
Virus de l‘hépatite B
(famille des
Hepadnaviridae
)Bourgeonnement Bourgeonnement d’une particule de d’une particule de
HIV-1 à la HIV-1 à la surface d’un surface d’un
lymphocyte lymphocyte
infecté infecté
Virus
Exemples de virus responsables de pathologies connues
- Herpes Simplex Virus (HSV): herpes - Virus Varicelle Zona (VZV)
- Virus de l’immunodéficience humaine (VIH) : SIDA - Virus de la grippe
- Virus de la rougeole
- Rotavirus : agents des gastro-entérites
Parasite
• Vit au dépens d’un autre organisme
• Eucaryote
• Protozoaires (paludisme)
• Helminthes (taenia)
Protozoaires
• Etres unicellulaires doués de mouvement Rhizopodes : amibes
Flagellés
Sanguicoles
genre Trypanosoma genre Leishmania
Intestinaux : Trichomonas ou Giardia
Sporozoaires : Plasmodium, Toxoplasmes
Amibes
Trypanosome
Parasite
Protozoaires
• plasmodium : agent du paludisme
• toxoplasme : agent de la toxoplasmose
Cycle de reproduction du plasmodium
1 – chez l’homme
• foie : cycle asexué
• sang : cycle sexué (gamétocytes)
2 – chez le moustique
• Tube digestif : cycle sexué
migration de la forme infestante pour
l’homme dans les glandes salivaires
Métazoaires
Êtres pluricelluaires possédant des tissus différenciés
Helminthes
Taenia : agent du « ver solitaire »
Cycle de reproduction du taenia
1 – chez l’animal (vache, porc)
• mange de l’herbe contaminée par des fecès d’homme contenant des œufs de taenia
embryon dans intestin larve migration vers les muscles
2 – chez l’homme
• mange viande mal cuite
migration de la larve dans l’intestin
attachement et croissance du vers libération des anneaux et des oeufs
Champignon
• Eucaryote : membrane nucléaire
• Responsable de mycoses
• Levuriformes (candida)
• Filamenteux (aspergillus)
Structure d’une cellule eucaryote
Levures
• Eucaryote unicellulaire
• La cellule : Thalle (1 à 10µm)
• Forme sphérique globuleux,
ovoïdes, allongé cylindrique
Levures
• Paroi rigide (20% du poids sec de la cellule)
• Polysaccharides (mananes, glucanes ou chitine
• Protéines
• Membrane cytoplasmique : stérols
• Cytoplasme :
• Ribosomes
• Réticulum endoplamique
• Mitochondries
Champignons filamenteux
• reproduction par fabrication de spores pour les champignons filamenteux
Champignons filamenteux
• Eucaryotes
• Multicellulaires
• Paroi cellulaire : cellulose ou chitine
• Cytoplasme : membrane cytoplasmique,
ribosomes, mitochondries, ergastoplasme, vacuoles et un ou plusieurs noyaux
• Elément structural de base : Hyphe
Levures
Champignons filamenteux
• Se multiplient de façon autonome dans la nature
• Faciles à cultiver sur des milieux de culture
II - Réservoirs
• L’environnement
Micro-organismes saprophytes
• L’ homme, les animaux
Micro-organismes commensaux
Flore environnementale
• Réservoir de micro-organisme :
– Eau
– Surface – Sol
– Air
Quelques exemples
– Réservoir eau
• Légionellose pneumopathie à Legionella
• Pseudomonas ‘
– Air et surface
• Aspergillus (pneumopathie chez le patient immunodéprimé)
– Sol
• Mycrosporum gypseum : Teigne
• Cryptocoques : cryptococcose
• Histoplasmes : Histoplasmose
Flores commensales
L’homme est constitué de 1000 milliards (1012) de cellules eucaryotes
L’homme est porteur de 100 000 milliards (1014) de bactéries
• Flore résidente ou colonisante
– Micro-organismes survivent et se multiplient
– occupent régulièrement un endroit donné – pas de réaction de défense de l ’hôte
infection (réaction inflammatoire)
• Stable pour un individu
• Se reconstitue quand on cherche à l’éliminer
Flores commensales
cutanéo-muqueuse
• Rôle de protection (effet barrière) +++
• Rôle métabolique
• Organisée en écosystèmes
• différents selon les sites :
– pH, humidité, pression partielle en O2
Flores commensales
cutanéo-muqueuse : rôle
Composition
des flores commensales
• Peau : 102 à 105 bactéries / cm2 :
– Staphylocoques blancs – Staphylococcus aureus – Corynebactéries
• Bouche
:
– Streptocoques
– Bactéries anaérobies
• Nasopharynx
:
– Streptocoques (Pneumocoque) – Haemophilus
– Neisseria
• Tractus intestinal
:
– principal réservoir de bactéries
– 1011 bactéries / g de selles dans le colon
• Entérobactéries
• bactéries anaérobies
• candida
• Vagin :
– 108-109 bactéries / g de sécrétion vaginale chez la femmes adulte :
• Lactobacilles
• candida
III –Transmission
Modes de transmission de l’agent-infectieux
• Par contact
• Par voie aérienne (gouttelettes aérosols)
• Par l’intermédiaire de supports contaminés
– Eau
– Aliments
– Vecteurs : insectes
Epidémiologie des entérovirus (virus nus)
Pr Hélène Peigue-Lafeuille, Virologie médicale ESTEM 2003
Voies de contamination
1 – Voie orale ou digestive
:Ingestion d’aliments ou d’eau contaminés
Exemples :
- Salmonelles, Listeria monocytogenes - Rotavirus, Virus de l’hépatite A
- Tænia (ver solitaire)
2 – Voie respiratoire
:Inhalation d’aérosol ou de particules associées à des bactéries ou virus
Exemples :
- M. tuberculosis, S. pneumoniae, - Legionella pneumophila …
- Virus de la grippe
Voies de contamination
3 - Muqueuses :
contact direct,
voie sexuelle (IST), salive
Exemples :
•VIH, hépatite B
•Syphilis, Gonocoque
Voies de contamination
4 - Transcutanée
:Nécessite une brèche de la barrière cutanée
• Piqûre par un insecte - Paludisme
•Inoculation iatrogène par piqûre d’aiguille : - Hépatite B
Voies de contamination
• 5- Voie Mère–enfant durant la grossesse ou l’accouchement
– Virus de la Rubéole
– Virus du Cytomégalovirus – Toxoplasmose
– Listeria monocytogenes – Streptocoque du groupe B
