Présentation du cours de Microbiologie (partie 2)

Organisation générale des mycètes
Moisissures :
structure filamenteuse
Champignons microscopiques
Levures :
cellule unique

Membrane
Cytoplasme
Organisation élémentaire des moisissures
Paroi
Une
hyphe
Le mycélium

Le thalle des levures

Les rhizoïdes et les stolons
Stolon
Sporocystes
Rhizoïdes

Les chlamydospores et les sclérotes
Chlamydospores
Ergot de seigle

Formation et libération des spores chez les Zygomycètes
Paroi du sporocyste
Spore
Columelle
Sporocystophore
Sporocyste
Rupture de la paroi
du sporocyste
Reste de la
paroi du
sporocyste

Formation des spores chez les Ascomycètes et les
Deuteromycètes
Bourgeonnement sur
renflement (Ex : Botrytis)
Bourgeonnement à partir de
cellules conidiogènes (Ex :
Aspergillus)
Bourgeonnement en chaîne
(Ex : Cladosporium)
Par la désarticulation
du filament
(Ex : Geotrichum)

Classification des mycètes
Zygomycètes Ascomycètes Basidiomycètes Deutéromycètes
Type d’hyphe Siphonnée Septée Septée Septée
Reproduction Sexuée et asexuée Sexuée et asexuée Sexuée et asexuée Uniquement asexuée
Autres
caractéristiques
Principaux
genres
Mucor
Absidia
Rhizopus
Genre
essentiellement
constitué de
levures
Saccharomyces
Reproduction par la
formation de cellules
spécialisées : les
basides
Pratiquement toutes
les espèces
comestibles
présentant un intérêt
culinaire
Appelé
« champignons
imparfaits » (fungi
imperfecti )
Penicillium
Aspergillus
Alternaria
Cladosporium

VIRUS NU
Acide
nucléique
Structure des virus
Capside
protéique
VIRUS ENVELOPPE
Enveloppe
membranaire
Protéines virales

Morphologie des principaux virus

ADN
ARN
Les acides nucléiques viraux
Type d'acide nucléique Structure Exemples Maladie
Simple brin
Double brin
Simple brin
Linéaire Parvovirus B19 Mégalérythème
Circulaire Phage X174
linéaire Herpèsvirus
linéaire avec cassure sur un
brin
linéaire avec terminaisons
pontées
Phage T5
Herpès, varicelle,
mononucléose...
Poxvirus Vaccine, variole
Linaire chaine + (= ARNm) Poliovirus Poliomyélithe
Linaire chaine - (= ARN
complémentaire d'un
ARNm)
linéaire, segmenté, chaine
+
linéaire, segmenté,
diploïde, chaine +
Rhabdovirus Rage
Mosaïque de
brome
Pathologie
végétale
Rétrovirus HIV
linéaire, segmenté, chaine - Myxovirus Grippe
Double brin linéaire segmenté Rotavirus Gastroentérite

Structure du bactériophage T-4
Fibres articulées
Plaque basal
Crochet
Tête
Collier
Tube central

Cycles infectieux du bactériophage T-4
9 2
8
7
6
1
5
4
3

CYCLE
LYTIQUE
Cycles lytique et lysogénique du bactériophage l
ADN phagique
3
1
6
5
4
2
Chromosome bactérien
7
9
INDUCTION
CYCLE
LYSOGENIQUE
Prophage
8

1
Pénétration des virus dans le cytoplasme par
endocytose
2
3
4
5

Pénétration des virus dans le cytoplasme par fusion
de l’enveloppe avec la membrane
1
2
3

Cycle cellulaire du virus de la grippe

R
R
N
N
Appariement normal et tautomérique des bases
Appariement normal
N
Adénine
N
N
N
H
N H
O
H
N
H
N
Guanine
N
H
H
H
O
N
O
N
CH 3
R
Thymine
H
N
N
H
N
O R
Cytosine
R
R
N
N
N
N
H
Adénine
N
H
N
Appariement des formes tautomériques
N H
N
N
H
N
H
Adénine
forme imine
H
H
N
N
N
O R
Cytosine
forme imine
H
H
N
N
H
N
O R
Cytosine
R
R
N
N
N
N
O
H
N
Guanine
N
N
N
O H
H
N
N
Guanine
forme énol
H
H
H
H
H
O
N
O
N
CH 3
R
Thymine
forme énol
O
N
O
N
CH 3
R
Thymine

Exemple des conséquences génétiques de l’énolisation de la
guanine
A C G T C
T G C A G
Forme énol
transitoire
de la guanine
A C
T G
A C G T C
T G T A G
A C G T C
T G C A G
A C G T C
T G C A G
A C A T C
T G T A G
A C G T C
T G C A G
A C G T C
T G C A G
Type
sauvage
Mutant
Type
sauvage
Type
sauvage

Mutations par décalage du cadre de lecture
Glissement menant à une addition
C G T T T T
G C A A A A A C G T A C
G T
C T T T
G C A A A A A C G T A C
G T
Glissement du
brin néoformé
Addition d’une base
supplémentaire sur
le brin néoformé
C T T T T T G C A T G
G C A A A A A C G T A C
Glissement menant à une délétion
C G T T T T
G C A A A A A C G T A C
Glissement du
brin parental
C G T T T
G C A A A C G T A C
A A
C G T T T G C A T G
G C A A A C G T A C
A A
Délétion de deux
bases sur
le brin néoformé

Chimique
Physique
Les principaux mutagènes et leurs effets
Agent Mode d'action
Bromo-Uracile
Aminopurine
Acide nitreux
Analogue de bases
Nitrosoguanine Altération de la structure et de
Methyl-methanesulfonate
Ethyl- methanesulfonate
l'appariement des bases
Acridine
proflavine
bromure d’ethidium
Psoralène
Radiations électromagnétiques
(UV, X, Gamma)
Radiations ionisantes
Agents intercalants
Altération de la structure de
l'ADN
Production de radicaux libres
qui altèrent l'ADN
Production de radicaux libres
qui altèrent l'ADN, rupture des
brins d'ADN, altération ou
pertes de bases, enchevètrement
de l'ADN

H
O
N
O
N
5-Bromouracile
Br
R
5-Bromouracile
forme cétonique (BU)
H
O
N
O
N
Br
R
5-Bromouracile
forme énolique (BUe)
Appariement à l’adenine Appariement à la guanine

Mutagénèse par le 5-Bromouracile (5-BU)
A T + 5-BU A BU
A BU
A BU
G BUe G C
Mutant

R
N
N
Mutagénèse par la nitrosoguanine
N
O
H
N
Guanine
N
H
H
+ Nitrosoguanine
R
N
N
N
O
CH 3
H
N
N
Méthylguanine
Appariement à la cytosine Appariement à la thymine
H
H

Structures et action des agents intercalants
N +
CH 3
Br -
H2N NH2 Bromure d’éthidium
Benzopyrène
Conséquence de l’action d’un
agent intercalant

Dimère de thymine consécutif à une altération par les UV
R 1
C
H 3
O
O
O
N
NH
O
P
O -
O
O
C
H 3
R 2
O
O
N
NH
O

Détection de mutants bactériens par la non
production de pigments

Souche
traité
avec un
mutagène
Technique de détection des mutants auxotrophes
Réplique sur
milieu
complet
Croissance
de toutes
les colonies
Isolement
sur milieu
complet
Boite mère
Culture des mutants
auxotrophes pour X
Tampon de
velours stérile
Réplique sur
milieu
dépourvu
de la molécule
X
Croissance de
toutes
les colonies
sauf
les
auxotrophes
pour X

Détection de la mutation par
l’enzyme de réparation
Réparation de l’ADN par excision
Excision de la zone mutée par l’endonucléase
Comblement de la brèche par l’ADN polymérase I
Liaison des bases par l’ADN ligase
C G T A C T-T C G A C T G A C T
G C A T G A A G C T G A C T G A
T A C T-T C G A C
C G T A C T-T C G A C T G A C T
G C A T G A A G C T G A C T G A
C G T A C T T C G A C T G A C T
G C A T G A A G C T G A C T G A
C G T A C T T C G A C T G A C T
G C A T G A A G C T G A C T G A

Type de
plasmide
Facteurs de
fertilité
Plasmides de
résistance
Plasmides
Col
Plasmides de
virulence
Plasmides
métaboliques
Les principaux plasmides
Nom Hôtes Phénotypes
Facteur F E. coli, Salmonella Pili sexuel, conjugaison
RP4 Bacille Gram -
Ampicilline, kanamycine,
néomycine, tétracycline
pSH6 Staphylococcus aureus Gentamycine, kanamycine
ColE1 E. coli Colicine E1
P307 E. coli Entérotoxine
pZA 10 Staphylococcus aureus Entérotoxine B
CAM Pseudomonas Dégradation du camphre
TOL Pseudomonas Dégradation du toluène
sym Rhizobium Fixation de l'azote

Souche
Bio - , Phé - , Cys - ,
Thr + , Leu + , Thi +
Expérience de Lederberg et Tatum
Culture sur milieu minimum
Souche Bio + , Phé + , Cys + , Thr + , Leu + , Thi +
Souche
Bio + , Phé + , Cys + ,
Thr - , Leu - , Thi -
Bio = Biotine Phé = Phénylalanine Cys = Cystéine Thr = Thréonine
Leu = Leucine Thi = Thiamine - = Auxotrophe + = Prototrophe

Différences morphologiques entre bactéries F + et F -
Bactérie F +
recouverte de pili
Pili sexuel
Bactérie F -
dépourvue de pili

Croisement F + x F - et réplication en cercle roulant
F +
Etablissement d’un
contact entre les
cellules par un pilus
F -
F + F -
Réplication et
transfert du
plasmide F
F + F +
F + F -
Rupture du pont
cytoplasmique.
Les deux cellules
sont F + .

Hfr
Etablissement d’un
contact entre les
cellules par un pilus
Croisement Hfr x F -
F -
Hfr F -
Réplication et
transfert de
l’ADN de la
cellule Hfr
Hfr F -
Hfr F -
Rupture du pont
cytoplasmique. Un
fragment de l’ADN de la
cellule Hfr s’intègre au
génome de la cellule F -

Fragment d’ADN
Transformation par des fragments d’ADN
Chromosome bactérien
Pénétration Pénétration
Intégration par
recombinaison
Plasmide

Particule tranductrice
contenant une partie
de l’ADN de la cellule
donneuse
Transduction généralisée et abortive
Infection d’une
cellule donneuse
Fragmentation de
l’ADN chromosomique
Réplication de l’ADN
viral et synthèse des
protéines virales
Assemblage
des phages
TRANSDUCTION
GENERALISEE
Infection d’une
cellule receveuse
par la particule
transductrice
TRANSDUCTION
ABORTIVE

Cellule lysogène
avec prophage
Transduction spécialisée
Excision erronée du
prophage
Réplication de l’ADN
viral et synthèse des
protéines virales
Assemblage
des phages
Intégration de l’ADN
de la cellule
donneuse
Infection d’une
cellule receveuse
Intégration sous
forme de prophage

Les principales enzymes de restriction
Enzyme Séquence reconnue extrémités formées
BamH1
5'-G-G-A-T-C-G-3'
3'-C-C-T-A-G-G-5'
5'-G-G-A-T-C-G-3'
3'-C-C-T-A-G-G-5'
EcoR1
5'-G-A-A-T-T-C-3'
3'-C-T-T-A-A-G-5'
5'-G-A-A-T-T-C-3'
3'-C-T-T-A-A-G-5'
HindIII
5'-A-A-G-C-T-T-3'
3'-T-T-C-G-A-A-5'
5'-A-A-G-C-T-T-3'
3'-T-T-C-G-A-A-5'
NotI
5'-G-C-G-G-C-C-G-C-3'
3'-C-G-C-C-G-G-C-G-5'
5'-G-C-G-G-C-C-G-C-3'
3'-C-G-C-C-G-G-C-G-5'
PstI
5'-C-T-G-C-A-G-3'
3'-G-A-C-G-T-C-5'
5'-C-T-G-C-A-G-3'
3'-G-A-C-G-T-C-5'
SalI
5'-G-T-C-G-A-G-3'
3'-C-A-G-C-T-G-5'
5'-G-T-C-G-A-G-3'
3'-C-A-G-C-T-G-5'

Utilisation des enzymes de restriction
(exemple de EcoR1)

Support
Support
Support
Synthèse des oligonucléotides
G
T
G
5’
G T
5’
A
C
Support
Support
Support
G T
G T
A C
A
G T A C
5’
5’
5’

Digestion par des
enzymes de restriction
Electrophorèse
en gel d’agarose et
coloration au BET
Séparation des brins
en milieu alcalin
Technique du Southern Blot
1
2
3
ADN
Fragments de
restriction
Migration sur une
membrane en
nitrocellulose
4
Ajout d’un
oligonucléotide
radioactif
7
5
Révélation par
autoradiographie
6
Fixation par
les UV

HO
Structure d’un 2’,3’-didésoxy
O
P
OH
O
O
P
OH
O
O
P
OH
O
H
O
H
Base

ADN à séquencer
Amorce
Principe du séquençage de l’ADN
G A A T T C G C T A A T G C
C T T A A
ADN polymérase I
+ ATP, TTP, CTP, GTP
+ analogue didésoxy de l’ATP
G A A T T C G C T A A T G C
C T T A A G C G A T T A
+
G A A T T C G C T A A T G C
C T T A A G C G A
Marquage par
fluorescence et
électrophorèse

Détection des oligonucléotides fluorescents produits
par la méthode des didesoxy
A
T
G
C
- C – A – T – A – G – C – T – G – T – T – T – C – C – T – G – T – G – T – G – A – A – A -
- C – A – T – A – G – C – T – G – T – T – T – C – C – T – G – T – G – T – G – A – A – A -
- C – A – T – A – G – C – T – G – T – T – T – C – C – T – G – T – G – T – G – A – A – A -
- C – A – T – A – G – C – T – G – T – T – T – C – C – T – G – T – G – T – G – A – A – A -
Séquence - C – A – T – A – G – C – T – G – T – T – T – C – C – T – G – T – G – T – G – A – A – A -

Ajout d’amorces :
Amorce + Amorce
Amorce
ADN Taq polymérase
+ ATP, CTP, GTP, TTP
Brin néoformé
La PCR
Séquence cible
Séquence cible
Dénaturation 1 minute à 95 °C
Hybridation 1 minute à 60 °C
Elongation 2 minutes à 72 °C
Brin néoformé
Amorce

Erwinia sp.
OH
D-Glucose
CHO
H
OH
H
H
OH
H
OH
CH 2OH
Synthèse de la vitamine C
Acide 2,5 -
dicétogulonique
OH
COOH
O
H
H OH
O
CH 2OH
Acide 2-
cétogulonique
OH
OH
Erwinia herbicola génétiquement
modifiée par
COOH
O
H
H OH
H
CH 2OH
l’insertion d’une enzyme de Corynebacterium sp.
Corynebacterium sp.
H 2O
OH
OH
OH
Acide
ascorbique
CO
H O
H
CH 2OH

Exemple de conditions de conservation de
quelques genres bactériens
Genre bactérien Milieu de conservation
Fréquence des
repiquages
Bacillus Gélose sans peptones 1 an
Staphylococcus,
ENTEROBACTERIACEAE,
Pseudomonas, Vibrio
Gélose nutritive
ordinaire
3 à 6 mois
Corynebacterium Sérum coagulé 3 à 6 mois
Mycobactérium
Neisseria
Heamopilus
Streptococcus, Enterococcus
Clostridium
Milieu de
Löwenstein-Jensen
Gélose molle
+ ascite
Gélose à la gélatine
+ extrait globulaire
Bouillon
Cœur-Cervelle
Bouillon
ordinaire
3 à 6 mois
Température de
conservation
Ambiante à l’abri de la
lumière
Ambiante à l’abri de la
lumière
Ambiante à l’abri de la
lumière
37 °C ou température
ambiante en fonction des
espèces
15 à 21 jours 37 °C
8 à 10 jours
3 mois
33 ou 37 °C en fonction
des espèces
Température ambiante ou
au réfrigérateur
1 an Température ambiante

Conservation des souches sous huile de paraffine
Gélose +
culture
bactérienne
Huile de
paraffine
stérile

Influence de la vitesse de congélation sur la structure cellulaire
Cellule à
congeler
- 5 °C
Sortie de l’eau cellulaire
pour maintenir la
pression cellulaire
Lent
Rapide
Très
rapide
< - 10 °C
Maintien de l’équilibre
osmotique cellulaire et
formation de gros
cristaux externes
Sortie limitée de l’eau
cellulaire et formation
de cristaux de glace
interne de grande taille.
Pas de sortie d’eau
cellulaire et formation
de cristaux interne de
petite taille.

Suspension
cellulaire
Addition de
l’agent
protecteur
Concentration
des cellules
par centrifugation
Protocole de conservation sous azote liquide
Répartition
en ampoule
Cryostat
Immersion dans
l’azote liquide
Congélation
progressive
à – 40 °C
Décongélation
rapide
- 196 °C
+ 37 °C

Schéma général de l’épuration de l’eau

Calcul de la concentration en matière oxydable
[Matière Oxydable] = ( 2 DBO 5 + DCO )
3

Bactéries des systèmes d’épuration biologique
Bacillus Flavobacterium Pseudomonas Zoogléa
Entérobactérie Sphaerotilus Thiothrix

Champignons des systèmes d’épuration biologique
Fusarium Saprolegnia Geotrichum

Micro-organismes de l’écume des bassins à boues activées
Nocardia Microthrix Rhodococcus

Protozoaires des systèmes d’épuration biologique
Hemiophrys Colpidium Chilodonella
Paramoecium Vorticella Stylonichia Aspidisca
Amoeba Opercularia

Autres micro-organismes des systèmes
d’épuration biologique
Rotifères Annélides
Phormidium Oscillatoria
Stigeoclonium Ulothrix Chlorella

Principe de la méthanisation
Clostridium
Acides organiques
CO 2
H 2
Boues des stations
d’épurations
Méthane
Bactéries
acétogènes
Acide acétique
Archaeobacteries

Accumulation intracellulaire de polyphosphates
Carbone
organique
Acétate
Acétate
Poly
Hydroxy
Butyrate
(PHB)
Phase anaérobie Phase aérobie
Aeromonas
P
P
P
P P
Acinetobacter / Moraxella
P
PHB
Energie Croissance
Reconstitution
du stock
P
P
P
P
P
P
Acinetobacter / Moraxella

Matière organique
+ bactéries
Schéma d’élimination de l’azote des effluents
Azote organique
R – NH 2 (eau brute)
O 2
O 2
NH 4 +
NO 2 -
NO 3 -
Ammonification
Nitritation
Nitratation
Dénitrification
Assimilation
Nouvelles bactéries
+ N 2 + H 2O + CO 2
O 2
Bactéries
Nouvelles bactéries
+ H 2O + CO 2

Biodégradation des produits chimiques
Polluants Agents de dépollution Polluants
Isoalcanes et
Agents de dépollution
Méthanol Pseudomonas
hydrocarbures
aromatiques
Prototheca
Alcools et acides
gras
Bactéries + champignons Cellulose Thricoderma
Diméthylamine Pseudomonas Caoutchouc Acremonium
N-propylamine Mycobactérium polyuréthanes Cladosporium
Phénol Pseudomonas Peinture à l'eau Pseudomonas
P-crésol Pseudomonas Cyanures Thiobaccilus
Benzaldéhyde Acétobacter T.N.T Pseudomonas
Aniline Aspergillus Kérosène Cladosporium
Indole Chromobacterium D.D.T. Enterobacter
Camphre Pseudomonas
Alcaligenes, Bacillus
Dioxines Brévibacterium
Hydrocarbures Nocardia, Pseudomonas,
Vibrio …

Minerai
Principe de la biolixiviation du cuivre à partir de
la chalcopyrite (CuFeS 2)
Minerai
lessivé
Fer
Fe 2(SO 4) 3
2 Fe 2(SO 4) 3 + CuFeS 2
+ 2 H 2O + 3 O 2
CuSO 4 + 5 FeSO 4
+ 2 H 2SO 4
CuSO 4 + Fe FeSO 4 + Cu
Cuivre
Cuivre
précipité
Air
Fe 2(SO 4) 3
FeSO 4
Thiobacillus
Fe 2(SO 4) 3

Les différents types de fromages
COAGULATION
+ EGOUTTAGE
+ AFFINAGE
Laits fermetés
- Yaourts
- Kéfir
Fromages frais
- Fromages blancs
- Petits suisses
Fromages affinés
- Camembert, Brie
- Roquefort
- Munster, Livarot
- Cantal
- Comté, Beaufort

Action des bactéries lactiques sur le lactose du lait
Bactéries
lactiques - coagulation ;
+
Lactose Acide lactique
- égouttage du caillé ;
- lutte contre les germes de
putréfaction ;
- développement d’arômes.

Interactions microbiennes dans le fromage
Bactéries lactiques
Lactose
Acide lactique
Consommation de l’acide,
remonté du pH,
production de vitamines
Implantation des germes
acidotrophe : Levures,
Géotrichum, Pénicillium
Implantation d’une flore
acidosensible : Staphylocoques,
Microcoques, Corynéformes

Origines et micro-organismes producteurs des
principaux acides organiques
Aspergillus niger (pH 7)
Acide acétique
Acetobacter
Acide oxalique
Aspergillus oryzae Acide malique
Rhyzopus nigricans Acide fumarique
Acide succinique
Glucose
Acide pyruvique
Acide oxaloacétique
Acétyl CoA
Cycle de
Krebs
Escherichia coli Acide a-cétoglutarique
Acide gluconique Penicillium
Acide lactique Lactobacillus, rhizopus
Acide citrique Aspergillus niger (pH 2)
Acide aconitique
Acide itaconique
Aspergillus terreus
Acide isocitrique Penicillium purpurogenum
Acide glutamique Corynebacterium glutamicum

Adsorpti
on du
carbone
Technologie de production de l’acide citrique
Milieu
Stérilisatio
n
Acide
sulfurique
Echange
ur d’ions
Air
Extraction
Purification
Evaporateu
r/
cristallisate
ur
Mycéliu
m
Séchage
Acide citrique

Eau
Nourriture
Fabrication du vinaigre par culture immergée
Alcool
Solution
nutritive
Filtration
stérilisante
Moût
Stockage de
l’acide
filtré
Acétator
Filtration
Stockage
de
l’acide
non filtré
Clarification

Action sur
la paroi
Sites d’action des antibiotiques
Action sur la transcription
Action
Sur la
réplication
Action sur
la traduction
Action sur
la membrane

Structure des pénicillines produites par Penicillium
chrysogenum
Pénicilline G
CH 2
CH 3CH CHCH 2CH 2
Pénicilline F
HOOC CH (CH 2) 3
NH2
Pénicilline N
R
CONH
O
HO
N
S
Pénicilline X
H 2N CH (CH 2) 3
CH 2
COOH
Isopénicilline N
COOH
(CH 2) 4 CH 3
Pénicilline F
(CH 2) 6 CH 3
Pénicilline K

Concentration
120
100
80
60
40
20
0
Courbe de production de la pénicilline G
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temps en heure
[Lactose] g/l [Biomasse] g/l [Ammoniaque] g/l [Penicilline] g/l x 10

Filtration sous vide
Extraction sous
vide de la
pénicilline sous
forme acide
(pH 3 et 3°C)
Filtrat enrichi
Opérations de purification de la pénicilline
Milieu de culture
Acétate de butyle
Charbon
actif
Extraction à l’acide
phosphorique diluée
Impuretés
et pigment
Alcool butylique
Cristaux de
pénicilline pure
Cristaux lavés
puis séchés
Filtration des cristaux
sous vide
Acétate de
potassium
Pénicilline soluble Pénicilline cristallisé