Comportement des microbes Flashcards
Deux modes de vie des microbes unicellulaires
Forme planctonique : forme libre en suspension dans un milieu liquide
Biofilm : une forme de communauté microbienne, sédentaire (forme la plus abondante dans la nature)
Communauté microbienne
Ensemble de microorganismes (espèces et souches différentes) qui vivent ensemble en communauté sur un support, en formant le plus souvent des biofilms
Isolat
Microorganisme qu’on a isolé (on connait pas encore sa fonction)
Souche
Gène particulier , spécifique.
On associe une fonction à cette souche, gène acquis par un isolat en question
Biofilm
- Communauté microbienne (bactéries, champignons,
algues, protistes,…) fixée sur un support et maintenue
par la sécrétion d’une matrice adhésive et protectrice - Structure vivante, dynamique, en perpétuel remaniement
en conférant un habitat propice aux microorganismes
-Organisation sociétale des microorganismes - Lieu de communications et d’échanges de gènes entre
les microorganismes
Composition du biofilm
Biofilm est enveloppé d’une couche protectrice de substances polymères extracellulaires d’éxopolysaccharides = Extracellular Polymeric Substances (EPS), formées de Polyosides et ADN
Qui produit de EPS?
Sécrétées par les microorganismes qui les protègent contre les stress environnementaux (antibiotiques, UV, prédation, nettoyage, etc.)
Où se forme les biofilms?
Toutes les surfaces dans un environnement humide avec présence d’éléments nutritifs est susceptible d’accueillir des biofilms
Biofilm étape 1 – Attachement et conditionnement du support
- Absorption et formation d’un film de conditionnement
- L’attachent est rapide et efficace sur des surfaces
hydrophobes - Les molécules organiques constituant le film de
conditionnement peuvent être utilisées comme
nourritures pour les bactéries pionnières - À ce stade l’attachement et réversible
Biofilm étape 2 – Mouvement vers le supportconditionné
- Accès des microorganismes vers le support conditionné
par la chimiotaxie et la motilité, - Sédimentation, mouvement, transport convectif,
organisation - À partir de cette étape, l’attachement est irréversible
Biofilm étape 3 – Adhérence sur le supportconditionné
- Adhésion spécifique grâce à la sécrétion de molécules
matricielles - La production de la matrice du biofilm est contrôlée par
le QUORUM SENSING - Multiplication et croissance du biofilm
Exemple: Fibronectin-Binding Protein de bactéries Gram + et Fibronectine (substance déposée sur la surface du film de conditionnement)
Biofilm étape 4 – Maturation du biofilm
- Croissance du biofilm continue grâce à la multiplication
des microorganismes - La sécrétion des EPS continue aussi
- Le biofilm grandit et atteint sa maturité
- La taille devient macroscopique
Biofilm étape 5 – Dispersion du biofilm par des cellules planctoniques
- Phase de dispersion induite par: vieillissement du
biofilm, stress biotiques ou abiotiques, carences de
nutriments, etc. - Les cellules peuvent activement se séparer du biofilm
- Parfois, les microbes se nourrissent la matrice
- Les cellules planctoniques se libèrent, se déplacent et
colonisent de nouvelles surfaces en complétant le
cycle du biofilm
Structure du biofilm mature
20% de la biomasse microbienne 80% de matrice EPS et ADN Canaux de circulation d’eau, nutriments et signaux Canaux de rejets des déchets Gradients de pH et O2
Applications des biofilms (positives)
- Environnement :
Traitement des eaux usées (systèmes de filtration,
bioréacteurs, etc.)
Assainissement des sols contaminés (biopiles,
bioremédiation, phytoremédiation, etc.) - Agriculture :
Protection des cultures contre les pathogènes
Bio-dissolution et assimilation des minéraux par les
plantes - Fabrication des médicaments
- Fabrication des biocarburants 2ème et 3ème
générations (biomasse cellulosique, micro-algues) - Fabrication d’agent de nettoyage
Problèmes causés par des biofilms
- Médecine :
Caries dentaires
Contamination de surfaces
Résistance accrue aux antibiotiques
Infections nosocomiales - Contamination d’eau potable et aliments
- Industrie :
Colmatage et obturation des canalisations
Corrosion
Contamination
Chimiotaxie
Mouvement directionnel des cellules par rapport à des molécules chimiques présentes dans l’environnement
2 types de chimiotaxie
Attractive (nutriments)
Répulsive (toxines)
Rôle de la chimiotaxie
Rôle primordial dans le fonctionnement physiologique des microorganismes
Mouvement des microorganismes
- Flagelle (structure assurant la mobilité la plus
commune) - Déplacement par des cils
- Déplacement par des pseudopodes et des plasmodes
Mouvement des microorganismes la même pour les eucaryotes et procaryotes?
Non,
Ils ont développé des mécanismes différents au niveau des flagelles
Différence de la structure des flagelles entre eucaryotes et procaryotes?
Eucaryote possède et procaryote possède pas :
- Axonène
- Corps basal
- Centriole distal
Chimiotaxie: E. coli
- Mouvement = alternance des phases ‘RUN’ et
‘TUMBLE’ - En milieu homogène la trajectoire est aléatoire à cause
de la courte durée de la phase run - En présence d’un gradient (chimiotaxie + ou -), les
bactéries dirigent leur mouvement soit attraction ou
répulsion, en alternant les deux phases
Régulation de la chimiotaxie (E. coli)
1 - Transmission des signaux
2 - Régulation des flagelles
3 - Régulation de récepteur
Chimiotaxie de Dictyostelium
1) Les cellules en se divisant, secrètent une substance
répulsive pour favoriser la dispersion
2) Elles montrent un chimiotactisme positif envers l’acide
folique qui est rejeté par les bactéries (proies).
3) Production d’enzymes pour détruire l’acide folique
pour former un gradient et par conséquent localiser
les sources d’émission (proies)
4) Quand il n’y a plus de proies, les cellules changent de
comportement (sans répulsion et sans réponse à
l’acide folique)
5) Les cellules émettent de l’AMPc pour s’attirer les unes
des autres
Chimiotaxie positive
Pour chercher des proies
Propagation des pulsations de l’AMPc
Voir power point slide #40
Mécanisme de la chimiotaxie chez Dictyostelium
Voir power point slide #41
Communication microbienne
Quorum Sensing leur permet de communiquer entre elles et de conférer à la communauté bactérienne un comportement analogue aux organismes multicellulaires
Quorum sensing est un mode de dialogue des procaryote ou eucaryote?
Procaryote
Quorum sensing est basé sur quoi?
Sur la sécrétion des petites molécules appelées ‘auto-inducteurs’ produites en phase de croissance bactérienne
Quorum sensing, si un seuil de concentration est atteint qu’est ce qui se passe?
Les auto-inducteurs activent un facteur de transcription, permettant l’expression des gènes
Communication intra-spécifique
QS est utilisé pour communiquer entre les individus d’une même espèce
Auto-inducteur est spécifique à cette espèce
Communication inter-spécifique
QS est utilisé pour communiquer entre les individus d’espèces différentes
Auto-inducteur est conservé entre les espèces
L’un des auto-inducteurs intra-spécifiques le plus étudié est le?
N-acyl homosérine lactone (AHL) caractérisé chez Agrobacterium tumifaciens
Auto-inducteurs intra-spécifiques des bactéries Gram – de type?
N-acyl homosérine lactone (AHL)
Variation de la longueur des acide gras, de l’état d’oxydation et de la nature du substituant d’un radical (H, O, OH)
Auto-inducteurs intra-spécifiques des bactéries Gram + de type?
oligopeptide: Auto-Inducing Peptides (AIP)
Auto-inducteurs conservé et universel chez les bactéries
de Gram-
AI-2 codé par le gène LuxS
Système de communication bilingue des procaryotes
Chaque bactérie peut avoir plusieurs types de QS
Mode de communication dans les BIOFILMS
Plusieurs espèces de bactéries peuvent inter-changer les communications en reconnaissant leurs auto-inducteurs
Système de communication multiple et Cross-talk
Mécanisme du QS chez V. fischeri (2 étapes sont requises)
Molécules médiatrices: auto-inducteurs
Un récepteur des auto-inducteurs
1) À faible densité des cellules, l’AI en rouge est sécrété
2) Les bactéries se multiplient et l’AI s’accumule
3) Lorsqu’un seuil est atteint, l’AI active la
bioluminescence
QS chez les bactéries Gram – : LuxI/LuxR (QS Type 1)
- AHL est activé par une enzyme codée le gène LuxI.
- À faible densité d’AHL, le récepteur/facteur de
transcription LuxR n’est pas activé - Densité des bactéries est proportionnelle à la
concentration d’AHL. - À forte concentration, AHL pénètre efficacement dans
les bactéries, et se fixe sur le récepteur/facteur de
transcription LuxR codé par le gène LuxR. - LuxR-AHL active le promoteur…
- Système QS de type 1 chez les bactéries est homologue
chez d’autres bactéries de Gram -
QS des bactéries Gram positives (Streptococcus pneumonia )
- Le peptide AIP est sécrété par un transporteur actif
(ATP-Binding Protein) vers l’extérieur. - AIP se lie à un récepteur transmembranaire, et la
transmission du signal se fait par phosphorylation d’un
facteur de transcription. - Le QS chez S. pneumonia est typique des bactéries
gram-positives. - comAB code pour le transporteur de l’AIP;
- comC code pour l’AIP;
- comD code pour le récepteur;
- comE code pour le facteur de transcription.
Concentration des AI est…
Proportionnelle au nombre de cellules
Mécanisme du QS Type 2
Deux voies de QS type 2 (AI universel) dans différents genres de bactéries Gram négatives. Les deux systèmes diffèrent dans la détection d’AI-2et la transmission du signal.
Rôle primordial du QS
Rôle primordial dans la virulence des microbes pathogènes
Transfert horizontal des gènes
Un processus par lequel un organisme acquiert du matériel génétique d’un autre organisme sans en être le descendant
Rôle du transfert horizontal des gènes (TGH)
Le transfert horizontal joue un rôle majeur dans leur diversification et évolution.
Mécanismes communs du THG
- Transfert d’ADN de bactérie à bactéries
- Transfert d’ADN de bactérie à phage
- Transfert de plasmide de bactérie à bactérie
Biofilm un endroit propice pour les TGH? Pouquoi?
Oui à cause de la proximité
Rythme circadien
Un rythme biologique oscillatoire d’une durée d’environ 24 heures
La majorité des êtres-vivants possèdent un rythme circadien, y compris les microorganismes
Mécanisme controllant le rythme circadien chez N. crassa
3 protéines importantes: WC1, WC2 formant un dimère WCC, et FRQ. Le système fonctionne en boucle de rétroaction ‘Feedback Loop’ sous l’action de la lumière bleue.
WC1 : photorécepteurs vont detecter la lumière, une fois détectée, ils vont aller activer un gène (gène fréquence/FRQ), qui contrôle la cascade de gène.
Par la suite, le système de fluctuation en l’espace de 24h, (lumière, on augmente FRQ (**tjrs délais, réception activation)),
WC1 + WC2 : protéique dimérique détecte la lumière et active gène FRQ
Chimiotaxie étape 1 : transmission des signaux
- Le gradient chimique est perçu par plusieurs récepteurs
transmembranairesMCPs qui varient selon les
molécules détectées - Les MCPs interagissent avec 2 protéines cytoplasmiques
CheW et CheA - Quand MCP n’est pas fixé au stimulus, CheA
s’autophosphoryle par une activité d’histidine kinase
Chimiotaxie étape 2 : régulation des flagelles pour TUMBLE
- CheA phosphorylée, transmet son P à CheY
- CheY-P se dirige et se fixe sur le flagelle ou elle va
enclencher un mouvement dans le sens des aiguilles
de montre => phase Tumble - CheY est un médiateur qui transmet le signal
Chimiotaxie étape 2 : régulation des flagelles pour RUN
- CheZ dé-phosphoryle CheY-P fixée sur le flagelle
- Le résultat donne une rotation des flagelles dans le sens
contraire des aiguilles de montre => Run - Le cycle recommence avec la phosphorylation de CheY
Chimiotaxie étape 2 : régulation des flagelles pour une alternance entre TUMBLE et RUN
- En absence d’un stimulus fixé sur MCP, la bactérie
maintient un rapport intermédiaire entre CheY
phosphorylée et non-phosphorylée - [CheY-P] = [CheY]
- Résultat: alternance entre Tumble et Run
- Mouvement aléatoire
Chimiotaxie étape 2 : régulation des flagelles pour une augmentation de la phase RUN
- En présence d’un stimulus (ex. chimio-attractants), MCP
empêche l’autophosphorylation de CheA, ce qui se
traduit par une baise de CheY-P - Résultat: augmentation de la fréquence de la phase Run
- Mouvement orienté
Chimiotaxie étape 3: régulation du récepteur
- En présence du stimulus, le récepteur MCP est régulé
par méthylation avec CheR qui a une activité de
méthyle transférase des résidus glutamates de la
partie cytoplasmique de MCP - Plus MCP est méthylé plus qu’il est sensible jusqu’à
saturation - En absence du stimulus, CheA phosphoryle aussi CheB.
- CheB-P a une activité de méthyle estérase (opposée à
l’activité de CheR) qui enlève les méthyles des
résidus glutamates de la partie cytoplasmique de
MCP - Ceci permet à E. coli de comparer le gradient du
stimulus (sorte de mémoire) en circuit de Feedback
