Quelques mots sur les bactéries
Que sont les bactéries ?
Les bactéries sont des micro-organismes dont la cellule unique ne comporte pas de noyau (on parle de cellule procaryote). On en trouve dans tous les milieux sous des formes très variées. Elles sont autonomes. Leur taille varie de 1 à 5 microns. Très abondantes, elles jouent un rôle essentiel dans le recyclage de la matière organique. Elles vivent la plupart du temps en symbiose avec le milieu qui les abrite ; elles sont par exemple indispensables à la fabrication du fromage et du vin.
Certaines espèces sont parasites et peuvent provoquer des maladies chez l’homme, les animaux et les plantes. On parle alors communément de microbe. Les principales bactéries dangereuses pour l’homme peuvent être groupées en une dizaine de familles, responsables de diverses maladies, certaines mortelles (voir tableau ci-contre).
Constitution et classification des bactéries
Les bactéries sont constituées d’un cytoplasme, qui est leur partie interne, composée d’eau et de protéines. À la différence des cellules eucaryotes, qui ont un noyau, le matériel génétique des bactéries (ADN) est directement présent dans le cytoplasme. C’est dans le cytoplasme que l’on trouve les autres éléments constituant la cellule, comme les ribosomes.
La membrane plasmique entoure le cytoplasme et contrôle les échanges de celui-ci avec l’extérieur. C’est à ce niveau que la cellule est capable d’ingérer des particules et d’excréter ses déchets. C’est également là qu’ont lieu les phénomènes de reconnaissance cellulaire et immunologique.
La paroi bactérienne entoure la membrane plasmique. C’est un composant caractéristique des bactéries et des cellules végé- tales. Elle est rigide et c’est elle qui donne sa forme à la bactérie. Son rôle est de protéger celle-ci des agressions extérieures. L’intégrité de cette paroi est donc fondamentale pour la survie du micro-organisme. C’est pour cela que la destruction de la paroi bactérienne est un des modes d’action des antibiotiques.
Cette paroi bactérienne peut être de deux types : Gram (+) ou Gram (–). Dans chaque cas, l’épaisseur et la structure chimique sont différentes. Cette classification vient d’une technique de différenciation des bactéries par coloration. On retrouve dans les deux cas un élément protéique essentiel, le peptidoglycane, qui forme une armature rigide constituée de feuillets reliés entre eux. Il joue un rôle majeur dans la résistance des bactéries aux agressions extérieures.
Les bactéries sont également entourées de fibres poly- saccharidiques formant ce qu’on appelle le glycocalyx. Ces fibres sont responsables de l’attachement des bactéries aux cellules (cellules buccales, respiratoires, plaque dentaire).
Multiplication des bactéries
Les cellules procaryotes en général, et les bactéries en parti- culier, se multiplient de la même façon que toutes les cellules vivantes : par croissance puis par division cellulaire. Ce proces- sus continue tant que les conditions sont favorables, puis se sta- bilise. La division cellulaire commence d’abord par une phase de croissance, pendant laquelle la cellule va grossir en même temps que l’ADN cellulaire est répliqué. Quand la taille suffisante est atteinte, la cellule se divise en deux cellules filles, les composants du cytoplasme étant partagés à égalité entre les deux.
L’ADN, ou acide désoxyribonucléique, est une molécule com- plexe, qui porte le matériel génétique de tout être vivant. Sa structure est caractéristique : deux brins enroulés en double hélice, composés de nucléotides – adénine, cytosine, guanine et thymine. Lors de la réplication de l’ADN, les deux brins se séparent avant leur duplication pour constituer le capital génétique des deux cellules filles.
Cette division est basée sur une propriété fondamentale de la molécule d’ADN : chaque nucléotide est toujours lié à un nucléotide complémentaire (adénine avec thymine et guanine avec cytosine). Les deux molécules d’ADN dupliquées seront donc consti- tuées chacune d’un brin en provenance de la molécule initiale et d’un brin complémentaire synthétisé.
Ce phénomène est contrôlé par une protéine appelée ADN réplicase, qui se charge à la fois de la séparation des brins et de la synthèse des brins complémentaires.
Un autre mécanisme de reproduction que l’on trouve chez certaines bactéries est la conjugaison, véritable forme de sexualité primitive. On trouve au sein des bactéries des fragment d’ADN, séparés et indépendants du fragment principal, ou chromosome. Ces fragments se nomment les plasmides. Certaines bactéries possèdent un plasmide particulier, le plasmide F.
Ce plasmide a la propriété de pouvoir se dupliquer. La copie est alors transmise à une cellule de la même espèce qui ne possède pas ce plasmide. La cellule portant le plasmide et sa copie se rapprochent d’une cellule ne le portant pas. Un pont cytoplasmique s’établit entre les deux cellules. La copie du plasmide F passe alors dans l’autre cellule, qui peut à son tour le transmettre.
Pendant cette conjugaison, il arrive que le chromosome cellulaire se lie au plasmide et soit transmis à la cellule receveuse. Celle-ci peut alors effectuer des recombinaisons avec son propre chromosome. Un chromosome hybride est alors créé. Le matériel génétique de la cellule receveuse est donc modifié par cette opération, d’où l’analogie avec la reproduction des cellules sexuées.
Dynamique des populations bactériennes
Placées dans un nouveau milieu (in vitro, dans un tube à essais de laboratoire, ou in vivo, dans l’organisme infecté), les bactéries doivent d’abord synthétiser un certain nombre d’éléments et éventuellement modifier le milieu ambiant avant de commencer à se reproduire.
Cela se traduit par une phase de latence de leur croissance, pouvant parfois atteindre plusieurs heures. Ensuite, la croissance du nombre des bactéries est exponentielle, c’est-à-dire qu’elle a une accélération constante. Suivent enfin une phase de ralentissement, puis une phase stationnaire.
Ces phases sont montrées dans la figure page suivante.
La phase de croissance peut être courte. Dans l’organisme elle est ralentie car les bactéries doivent lutter pour leur approvisionnement en nutriments, en fer, en vitamines et également contre les produits antibactériens présents dans le corps mais aussi contre les globules blancs chargés de les phagocyter (macrophages, polynucléaires). Sous l’action des antibiotiques, la croissance peut être ralentie encore davantage. On parle alors de bactériostase.
La synthèse des protéines
Pour grossir et se développer, les bactéries doivent synthétiser les protéines nécessaires à leur croissance. Une protéine est composée d’une chaîne d’acides aminés qui sont assemblés selon un ordre codé dans la molécule d’ADN de la cellule. À par- tir des quatre bases nucléiques de celle-ci, ce sont vingt acides aminés qui peuvent être créés puis assemblés. Cela se fait en deux phases : la transcription puis la traduction.
> La transcription
Pendant la phase de transcription, de véritables « copies de travail » de la molécule d’ADN vont être créées. Cette molécule est en effet unique et fondamentale ; il serait dangereux de l’utiliser directement dans un processus métabolique, car il y aurait alors un risque de l’endommager. Une nouvelle molécule est créée, l’ARN (acide ribo- nucléique),copieàunseulbrindel’ADNcomportantquelquesmodi- fications mineures : remplacement du désoxyribose par du ribose (d’où le nom) et de la thymine par de l’uracile.
L’ARN,quiserviradematrice,estappeléARNmessager,carilporte le message sur la structure de la protéine. Celui qui est synthétisé dans les cellules procaryotes est différent de celui des cellules eucaryotes (en particulier, chez les procaryotes le gène est en un seul morceau et ne peut coder qu’une seule protéine). Deux autres types d’ARN sont créés pendant la transcription : l’ARN ribosomal, qui intervient pendant la synthèse protéique, et l’ARN de transfert, qui sert à reconnaître les acides aminés.
Une enzyme complexe intervient pendant la synthèse de l’ARN : la RNA synthétase. La première étape de la transcription est la reconnaissance du gène à transcrire. La RNA synthétase se fixe alors à la molécule d’ADN, au niveau du gène, puis déroule la molé- cule en séparant les brins et en utilisant l’un des brins pour syn- thétiser l’ARN. Derrière, les deux brins se rassemblent et l’ADN se réenroule. Quand la RNA synthétase rencontre la fin du gène, elle se sépare de l’ADN et l’ARN est libéré dans le cytoplasme.
> La traduction
Une fois l’ARN synthétisé, la phase de traduction peut commencer. À partir de la description de la protéine contenue dans l’ARN messager, la protéine va être créée. On parle de traduction car il faut pas- ser de 4 bases à 20 acides aminés, selon un code basé sur des triplets de bases nucléiques, ou codons. Le codon adénine, uracile, guanine correspond ainsi à la méthionine. Il faut noter que ce code génétique est le même pour tous les êtres vivants.
La traduction commence par la reconnaissance des acides aminés, qui fait intervenir l’ARN de transfert et des protéines de liaison liant cet ARN à l’acide aminé. La synthèse de la chaîne protéique se fait au niveau d’un organite spécial du cytoplasme, le ribosome, qui contient l’ARN ribosomal. Le complexe acide aminé/ARN de transfert se fixe sur un site particulier du ribosome. Celui-ci sépare alors le complexe et fixe l’acide aminé à la chaîne protéique en cours de formation. L’ARN de transfert quitte ensuite le site de fixation pour être réutilisé. Le ribosome glisse alors d’un codon le long de l’ARN messager.
Une fois la protéine créée, elle doit passer par une phase de maturation, contrôlée par des protéines spécialisées. Elle peut alors être le siège de plusieurs transformations : coupures en plusieurs protéines, formation de protéines complexes, fixation de molécules supplémentaires...
Principes du pouvoir pathogène des bactéries
Le pouvoir pathogène des bactéries a trois causes principales :
➠ L’envahissement.
➠ La production de toxines.
➠ La présence d’une endotoxine dans les bactéries Gram (–).
> L’envahissement
L’envahissement fait suite à l’adhésion des bactéries sous l’action du glycocalyx (voir «Constitution et classification des bactéries». Les cellules une fois fixées se multiplient et forment une colonie, raison pour laquelle on parle aussi de colonisation. Ces colonies forment un film à la surface de l’organe colonisé.
Au sein de ce film protecteur, la croissance des bactéries se ralentit, et elles deviennent plus résistantes aux agents antibactériens (antiseptiques, antibiotiques, agents physiques). Ainsi protégées, elles sont en effet plus difficiles à atteindre et mieux défendues, en particulier contre les antibiotiques. Une fois fixées de cette façon, certaines bactéries peuvent alors envahir les cellules, s’y multiplier ou diffuser dans les liquides de l’organisme. Leur comportement et leur sensibilité aux agents antibactériens se modifient alors.
> La production de toxines
La deuxième cause du pouvoir pathogène des bactéries est la production de toxines, ou toxinogenèse. On parle d’exotoxines. De nombreuses bactéries ont cette particularité : le staphylocoque doré, certains streptocoques, le bacille du tétanos, celui du botulisme, celui du choléra, ou d’autres comme Escherichia coli...
Il faut noter que les antibiotiques peuvent avoir un effet sur la production de toxine, en la limitant ou en la supprimant. En revanche, ils ne peuvent rien contre les toxines déjà produites. Ils n’ont pas d’effet sur la maladie elle-même.
> La présence d’une endotoxine dans les bactéries Gram (–)
Enfin, les bactéries peuvent être pathogènes à cause de leur propre structure. Les bactéries de type Gram (–) possèdent en effet au sein de leur paroi une endotoxine qui peut provoquer des troubles sanguins ou cardiaques, un état de choc, des diarrhées ou des hémorragies intestinales. Cette endotoxine est libérée au cours de la croissance, mais elle l’est surtout lors de la destruction de la bactérie, ou lyse. C’est pour cela que certains antibiotiques peuvent être paradoxalement à l’origine de l’apparition des symptômes de la maladie, quand ils détruisent les bactéries pathogènes.
Jean-Marc Darguere
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