Bactéries = archaebacteries et eubacteries

3 grd grp

• archés

• eucaryotes

• eubacteries

eubacteries + archébacteries = bacteries

ages bactéries

4 à 3,5 milliard années

commencé avec app

• du dioxygene dans l’atmo = 2Ga

• app de la vie = 4 à 3,5 Ga

=> ere archéennes

trace bactéries

• groenland = 3,8Ga

• Afrique = 3,2 Ga

• Australie = 3,4 Ga

REGNE et Domaines

• REGNE = des bacteria (procaryotes)

• Domaines = des Archaea (archébactéries) et des Bacteria (eubactéries)

Procaryotes

= "avant" noyau (premières cellules à noyau : -2,5 Ga)

• adn : nucléoide

• plasmide (adn circulaire, doucle brin, transmissible)

• absence :

  → mb nucleaire

  → organelle

• volume cellulaire < 5 μm3

bactéries espece inconnu ?

• 1980 : 2 500 espèces classées .

• Aujourd’hui : ~ 10 000

- De nombreuses espèces non classées

- Plusieurs dizaines de millions existantes ?

stat sur le nb de bact + présence

4 à 6.10**30 sur terre ? (au moins 1/3 de la biomasse)

• sol = surface jusqu’a 1,5 km de profondeur

• air = nuage et atmos

• eau = surface, pls km

• organisme sup = intestin…

microbiote

• 100 000 milliards de bactéries (10 x plus !)

• 1 à 2 kg

• 500 à 1000 espèces différentes

→ presence de streptocoque te staphylocoque

diff type de microflore d’un H

• bouche + spharynx = 2 → 10**10

• nez = 2

• conjonctive = sta

• oreille ext = sta

• estomac = 2

• peau = 2 → 10**12

• uretre= 2

• vagin = strep

• gros intestin = 2 → 10**14

• l’intestin grele

NOMENCLATURE : attribution d’un nom

• Code international (depuis 1980)

• Système hiérarchique classique

• Système binomial : genre et espèce

• Il peut exister des sous-classes, sous-ordre, sous-familles, sous-genres et sous-espèces (ex : Staphylococcus aureus subsp. Anaerobius)

• Rangs hiérarchiques inférieurs à la sous-espèce :

  - Pathovar : caractérisé par le pouvoir pathogène

  - Chimiovar : caractérisé par la production d’un composé chimique

  - Serovar/serotype : caractérisé pas ses propriétés antigéniques (Salmonella, Escherichia,...)

IJSEM

(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)

= Journal international de microbiologie systématique et évolutive

CLASSIFICATION : recherche de parenté entre les taxons

• grd diversité

• 2 sys complémentaires

Grande diversité :

• Morphologique

• Physiologique

• Biochimique

• Génétique

• Métabolique, ...

2 sys complémentaire

• sys phénotypique → phénotype (carac exprimées)

• sys phylogénétique → phylogénie moléculaire (dist génétique entre les espèce)

Le système phénotypique

Classification des rangs les plus bas de la taxonomie

-> Critères morphologiques
-> Critères physiologiques et métaboliques

Critères morphologique : 7 pp

• aspect de la culture

• taille

• formes

• organisations

• paroi

• flagelle

• spore de résistance

Aspect de la culture

• forme = circulaire - irrégulière - filamenteuse

• élévation = plane - bombée - bossue

• bord = régulier - ondulé - lobé

ex = e.coli → circulaire, plane, régulier

Taille

• nano bact ~ 0,1 μm

• majo des bact 1 à 10 μm

• globule rouge 7 μm de diamètre

• bactérie géante

  → globule rouge

  → 80 x 600 μm : de 10 à 600 μm de long selon le moment de la journée

  →100 à 750 μm

la + grd bactérie au M

decouverte en guadeloupe

"Thiomargarita magnifica”

Formes

• coques

• batonnets ou baciles

• vibrion (batonnet incurvé)

• coccobacilles

• spiralées ou hélice

Organisation

Coques (sphériques)

• isolé

• paires

• chaines

• grappes

• tétrades 4

• sarcines 8

Bâtonnets (bacilles)

• isolé

• paires

• chaines

Paroi

Gram +

Gram -

Gram +

couche épaisse et homogène de peptidoglycane (réseau de sucres et d’acides aminés)

Gram -

paroi plus fine et plus complexe

Principe simplifié de la coloration de Gram :

Flagelle

• monotriche

• lopotriche

• amphitriche

• peritriche

Spore de résistance (Gram+)

• vie de spore

• compo

  → exosporium

  → tunique ext-int

  → cortex

  → paroi sporale

  → nucléoide

Critères physiologiques et métaboliques (5 critères)

1. Température : psychrophile, mésophile, thermophile

2. pH : acidophile, neutrophile, alcalophile

3. Dépendance à l’oxygène

4. Type trophique

5. Métabolisme énergétique

3. Dépendance à l’oxygène

4. Type trophique

5. Métabolisme énergétique

Le sys phylogénétique

• Classification par rapport aux taxons non bactériens

• 1er niveaux de la classification taxonomique (rang hiérarchique supérieur au genre ou à l’espèce)

• Taxons non cultivables

Les ARNr 16s

ARN ribosomaux
- Présents dans toutes les cellules (eucaryotes et procaryotes)
- Structure conservée (modifications = conséquences importantes)

- Abondants et faciles à purifier

- Bactéries : séquençage des ARNr 16S ou des gènes les codant (ADNr 16S)

- Karl Woese, 1977 : archaebactéries

Dispo sur internet arn

• Séquences dans des bases de données

• Programmes d’alignement des séquences

• Programmes de traitement des données

• Programmes de constructions des arbres phylogénétiques

principaux taxons

Eubactéries

• branches anciennes

• gram +

• gram -

Archéebactérie

bilan

les archées bactéries

- Quantité difficile à définir : peu nombreuses ?
- Formes et arrangements classiques
- Généralement extrêmophiles : niches écologiques liées à leur morphologie et/ou métabolisme

les A.B → Paroi

• Pseudo «Gram+ » : Pseudo-peptidoglycane

  → paroi

  → periplasme

  → mb plasmique

  → cyto

• Pseudo «Gram- » : Couche protéique

  → couche a la surface proteique

  → mb plasmique

  → cyto

les A.B → Mb Plasmique

liaison ether R-O-R

3 groupes extrêmophiles principaux chez A.B

• Thermophiles extrêmes

• Halophiles extrêmes

• Méthanogènes

Thermophiles extrêmes (> 85°C)

ex : geyser, dorsales O

• Protéines modifiées

• Membrane plasmique monocouche

• Acides gras très ramifiés

Industrie : enzymes pour l’industrie et la biologie moléculaire

Halophiles extrêmes

• Milieux à concentration saline très élevée

• [NaCl] : 10 à 30 fois supérieure à la concentration isotonique classique (150 mM)

• Membrane pourpre : réseau de bactériorhodopsine

• Production d’énergie : photosynthèse sans pigment !

Industrie : traitement des effluents hypersalins

Méthanogènes

• Production de méthane (CH4)

• Anaérobies strictes : O2 mortel

• Méthane : 15 % des gaz à effet de serre (20 x supérieur au CO2)

• Fermentation par les méthanogènes : 1/3 du méthane produit (60% via l’homme)

  • Sources thermales (début de chaîne alimentaire)

  • Produits de fermentation d’autres bactéries : marécages, intestin, rumen (jusqu’à 500 L de CH4 / jour / vache !)

  • Symbiose : détoxification en consommant les H2 (H2S toxique)

Industrie : traitement des déchets par méthanisation

Archaebactéries : genres représentatifs à retenir

Découverte récente et théorie de la vie sur mars :

Des bactéries vivent depuis 120 000 ans sous la glace !

Les eubactéries

• Extrémophiles

• Zones géothermiques actives : milieux comparables à l’environnement primitif

• Multi-resitantes :

  - UV : 10 000 fois la dose tolérée par l’homme
  - Radiations : 5.106 rads (1000 mortelles pour l’homme) - Inactivée à - 45°C
  - Dessication
  - Famine
  - Vide
  - Acide

Branches anciennes : genre représentatif à retenir

Deinococcus

Gram+ pauvres en G/C

Phylum : - Firmicutes

Classes : - Clostridia - Bacilli - Mollicutes

Classe des Clostridia

- Anaérobies
- Production de spores
- Genre représentatif : Clostridium

ex : tétanos, botulisme

Classe des Bacilli

- Bacilles et coques
- Production ou non de spores
- Genres représentatifs : Bacillus, Staphylococcus, Streptococcus,

ex : bactéries lactique

Classe des Mollicutes

- 25-40 % de GC (taux le plus bas)

- Absence de paroi
- Très petits : < 1 μm
- Communs, nombreux pathogènes
- Sensibles aux chocs osmotiques et aux détergents

- Genre représentatif : Mycoplasma

Gram+ pauvres en GC : genres représentatifs à retenir

Actinomycète

champignon rayonnant

Eu-actinomycètes

Streptomyces

Gram+ riches en G/C

Phylum : - Actinobacteria

Spores

- Formation en milieu pauvre
- Resistantes à la dessication
- Forme, couleur, dispositions variables

Gram-

Protéobactéries (5 classes : a, b, g, d, e)

Phylum des protéobactéries ou bactéries pourpres

- Les plus nombreuses
- Grande variabilité morphologique/physiologique

Populations représentatives :
- Bactéries pourpres
- Ancêtres des mitochondries
- Bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes

- Entérobactéries

Bactéries pourpres (a et g)

- Non sulfureuses
- Sulfureuses (cycle du soufre), genre représentatif : Thiospirillum

Ancêtres des mitochondries (a)

La théorie endosymbiotique

• archéobactérie

• bactérie

• replis mb

• intégration d’une a-protéobactérie = mitochondrie

Rickettsia, Agrobacterium, Rhizobium

Genres représentatifs actuels (ancêtre des mito)

- Associés aux cellules eucaryotes (animales ou végétales)

- Bactéries aérobies (respiration)
- Génome semblable aux mitochondries

Bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes (a)

- Cycle de l’azote
- Molécules nitriques nitrate et azote
- Genres représentatifs : Nitrosomonas, Nitrobacter

Entérobactéries (g)

- Bactéries de l’intestin
- Communs et répandus
- Bacilles droits
- Anaérobie, fermentation
- genre représentatif et modèle expérimental : Escherichia

ex: salmonella

Gram- : genres représentatifs à retenir

Phylum des spirochètes

→ filament axial

ex : maladie de lyme

Phylum des cyanobactéries

= Micro-organismes photosynthétiques oxygéniques et anoxygéniques

Photosynthèse oxygénique : principaux pigments associés

Phylogénétique des genres et espèces → Hybridations d’acides nucléiques (ADN/ADN)

• pp générale

  → chauffage progressif = dénaturation

  → refroidissement = renaturation

• classification bactérienne

  → adn de 2 bactéries + isotope radioactif ou enzyme

  → chauffage

  → refroidissement = site de nucléation / duplex / appariement partiel

  → homologie imporantes / seq diff

ARBRE PHYLOGENETIQUE SIMPLIFIE - BILAN

BIODIVERSITE BACTERIENNE ET ECOSYSTEMES

- Les bactéries sont responsables du fonctionnement de TOUS les écosystèmes

- Chaque biotope possède sa propre flore bactérienne qui diffère qualitativement, quantitativement et dans ses interactions

- Types d’interactions :

• Neutralisme → aucune interaction

• Commensalisme → avantage sans dommage pour l’autre

• Synergie → effets favorables qui se conjuguent

• Antagonisme → substance active à effet négatif sur l’autre

• Symbiose → profit mutuel

Interactions dans le cycle de l’azote

N2 = 78%

-> Bactéries : Equilibre en produits nitrés sur la terre et dans les océans

L’anammox (ANaerobic AMMonium Oxydation)

L’anammoxosome

Bactérie ancestrale ayant intégré une archae ?4

Interactions dans le cycle du carbone et de l’oxygène (O2/CO2)

le cycle bactérien au nv terrestre et marin

O conso par bacté et animaux → CO2

O prod par les cyanobactéries + utilisé par les organisme sup

Bactéries :

• prod O

• indispensable pour les organisme sup

• pas besoins d’autre orga pour survivre

Interactions dans le cycle du méthane (CH4)

Archaebactéries méthanogènes

Ruminants
Agriculture
Zones humides
Décharges
Exploitations minières et de gaz

une partie du CH4 dissoud → prod CO2 + H2O

d’autre bact vont conso CH4

=> equilibre entre bactéries = prod CH4 et ele qui les conso

Equilibre des permafrost (pergélisols) arctiques ou sibériens

CH4 → soit H2O + CO2 → soit bactérie utilise le CH4

risque = bact méthanogene emprisonne dans le permafrost

→ si proliferation => aug CH4

sino → les vers de glace = conso de bact méthanogne => régulation

Interactions dans le cycle du soufre

attention: qd on déséquilibre

→ soit trop de SO4 2-

→ soit appauvri les sols en bacté

Interactions hôte/Microbiote intestinal : symbiose et dysbiose

• le plus grand réservoir du microbiote de l’organisme humain

• 160 espèces environ / individu (la moitié se retrouvant d’une personne à l’autre)

• 15 à 20 espèces en charge des fonctions essentielles

• 2 kg de micro organismes

Répartition de la quantité de bactéries

• plus on descend - il ya O2

• ph ( plutot acide puis aug)

presence bactérie dans le tube

• oesophage = streptococcus

• estomac = gram + , proteobactérie, actinobactérie

• intestn grele = lactobacilli, clostridium, enterobactérie

• colon= escherichia, gram +, lactobacillus, staphylococcus

Le microbiote: intestinal 1er grd role

- Digestion (fermentation, motilité)

- Absorption (glucides, lipides, ions...)

- Synthèse de métabolites (acides gras, vitamines A, K, B1, B12, substances actives sur le cerveau,...)

2eme grd role

= role de barriere

Protège des microbes pathogènes

3 eme grd role

= role de defense

Développement et maturation du système immunitaire intestinal et général

4 eme grd role

= role de maintenance

• Favorise la production de mucus

• Entretien de la muqueuse (activité enzymatique...)

Attention peut avoir des Dysbiose

= facteur de déséquilibre

• toxine, polluant

• alimentation inadapté

• conso alcool

• stress intense

• ménopause

• sport intensif

• prise de médoc

• infection bacté

3 évé possible lors de dysbiose

• Excès de bactéries agressives

• Réduction de diversité des taxons

• Perte de bactéries bénéfiques

maladie du a une dysbiose

• Gastro-intestinales / hépatiques

• Métaboliques (obésité, Diabète)

• Neuro-psychiatriques

• Autoimmunes

• Cancer

• Cardio-vasculaires

• Respiratoires