Objectifs d’apprentissage
- Lister les différents types de micro-organismes et décrire leurs caractéristiques déterminantes
- Donner des exemples de différents types de micro-organismes cellulaires et viraux et de agents infectieux
- Décrire les similitudes et les différences entre les archées et les bactéries
- Présenter une vue d’ensemble du domaine de la microbiologie
La plupart des microbes sont unicellulaires et suffisamment petits pour nécessiter un grossissement artificiel pour être vus. Cependant, il existe des microbes unicellulaires qui sont visibles à l’œil nu, et certains organismes multicellulaires qui sont microscopiques. Un objet doit mesurer environ 100 micromètres (µm) pour être visible sans microscope, mais la plupart des micro-organismes sont bien plus petits que cela. Pour mettre les choses en perspective, considérez qu’une cellule animale typique mesure environ 10 µm de diamètre, mais qu’elle reste microscopique. Les cellules bactériennes mesurent généralement environ 1 µm, et les virus peuvent être 10 fois plus petits que les bactéries (figure 1). Voir le tableau 1 pour les unités de longueur utilisées en microbiologie.
Tableau 1. Unités de longueur couramment utilisées en microbiologie | ||
---|---|---|
Unité métrique | Signification du préfixe | Equivalent métrique |
mètre (m) | – | 1 m = 100 m |
décimètre (dm) | 1/10 | 1 dm = 0.1 m = 10-1 m |
centimètre (cm) | 1/100 | 1 cm = 0.01 m = 10-2 m |
millimètre (mm) | 1/1000 | 1 mm = 0,001 m = 10-3 m |
micromètre (μm) | 1/1 000 000 | 1 μm = 0.000001 m = 10-6 m |
nanomètre (nm) | 1/1 000 000 000 | 1 nm = 0,000000001 m = 10-9 m |
Les micro-organismes diffèrent les uns des autres non seulement par leur taille, mais aussi par leur structure, leur habitat, leur métabolisme et de nombreuses autres caractéristiques. Si nous pensons généralement que les micro-organismes sont unicellulaires, il existe également de nombreux organismes multicellulaires qui sont trop petits pour être vus sans microscope. Certains microbes, comme les virus, sont même acellulaires (non composés de cellules).
On trouve des micro-organismes dans chacun des trois domaines de la vie : Archaea, Bacteria, et Eukarya. Les microbes des domaines Bacteria et Archaea sont tous des procaryotes (leurs cellules sont dépourvues de noyau), tandis que les microbes du domaine Eukarya sont des eucaryotes (leurs cellules ont un noyau). Certains micro-organismes, comme les virus, ne font partie d’aucun des trois domaines de la vie. Dans cette section, nous allons présenter brièvement chacun des grands groupes de microbes. Les chapitres suivants approfondiront les diverses espèces de chaque groupe.
Micro-organismes procaryotes
Les bactéries sont présentes dans presque tous les habitats sur terre, y compris à l’intérieur et sur les humains. La plupart des bactéries sont inoffensives ou utiles, mais certaines sont pathogènes et provoquent des maladies chez les humains et les autres animaux. Les bactéries sont procaryotes car leur matériel génétique (ADN) n’est pas logé dans un véritable noyau. La plupart des bactéries ont une paroi cellulaire qui contient du peptidoglycane.
Les bactéries sont souvent décrites en fonction de leur forme générale. Les formes courantes sont sphériques (coccus), en forme de bâtonnet (bacillus) ou incurvées (spirillum, spirochète ou vibrion). La figure 2 montre des exemples de ces formes.
Elles ont un large éventail de capacités métaboliques et peuvent se développer dans une variété d’environnements, en utilisant différentes combinaisons de nutriments. Certaines bactéries sont photosynthétiques, comme les cyanobactéries oxygénées et les bactéries anoxygénées vertes sulfureuses et vertes non sulfureuses ; ces bactéries utilisent l’énergie dérivée de la lumière solaire, et fixent le dioxyde de carbone pour leur croissance. D’autres types de bactéries sont non-photosynthétiques, obtenant leur énergie à partir de composés organiques ou inorganiques dans leur environnement.
Les archées sont également des organismes procaryotes unicellulaires. Les archées et les bactéries ont des histoires évolutives différentes, ainsi que des différences significatives dans la génétique, les voies métaboliques et la composition de leurs parois et membranes cellulaires. Contrairement à la plupart des bactéries, les parois cellulaires des archées ne contiennent pas de peptidoglycane, mais leurs parois cellulaires sont souvent composées d’une substance similaire appelée pseudopeptidoglycane. Comme les bactéries, les archées sont présentes dans presque tous les habitats de la planète, même dans des environnements extrêmes, très froids, très chauds, très basiques ou très acides (figure 3). Certaines archées vivent dans le corps humain, mais aucune ne s’est révélée être un agent pathogène pour l’homme.
Pensez-y
- Quels sont les deux principaux types d’organismes procaryotes ?
- Nommez certaines des caractéristiques définissant chaque type.
Microorganismes eucaryotes
Le domaine Eukarya contient tous les eucaryotes, y compris les eucaryotes uni- ou multicellulaires tels que les protistes, les champignons, les plantes et les animaux. La principale caractéristique déterminante des eucaryotes est que leurs cellules contiennent un noyau.
Protistes
Les protistes sont des eucaryotes unicellulaires qui ne sont ni des plantes, ni des animaux, ni des champignons. Les algues et les protozoaires sont des exemples de protistes.
Les algues (au singulier : alga) sont des protistes végétaux qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires (figure 4). Leurs cellules sont entourées de parois cellulaires faites de cellulose, un type d’hydrate de carbone. Les algues sont des organismes photosynthétiques qui extraient l’énergie du soleil et libèrent de l’oxygène et des glucides dans leur environnement. Comme d’autres organismes peuvent utiliser leurs déchets comme source d’énergie, les algues sont des éléments importants de nombreux écosystèmes. De nombreux produits de consommation contiennent des ingrédients dérivés des algues, comme la carraghénane ou l’acide alginique, que l’on trouve dans certaines marques de crème glacée, de vinaigrette, de boissons, de rouge à lèvres et de dentifrice. Un dérivé des algues joue également un rôle important dans le laboratoire de microbiologie. L’agar, un gel dérivé des algues, peut être mélangé à divers nutriments et utilisé pour faire pousser des micro-organismes dans une boîte de Pétri. Les algues sont également développées comme source possible de biocarburants.
Les protozoaires (singulier : protozoaire) sont des protistes qui constituent l’épine dorsale de nombreux réseaux alimentaires en fournissant des nutriments aux autres organismes. Les protozoaires sont très diversifiés. Certains protozoaires se déplacent à l’aide de structures ressemblant à des cheveux, les cils, ou à des fouets, les flagelles. D’autres étendent une partie de leur membrane cellulaire et de leur cytoplasme pour se propulser vers l’avant. Ces extensions cytoplasmiques sont appelées pseudopodes (« faux pieds »). Certains protozoaires sont photosynthétiques, d’autres se nourrissent de matières organiques. Certains vivent librement, tandis que d’autres sont parasites et ne peuvent survivre qu’en extrayant les nutriments d’un organisme hôte. La plupart des protozoaires sont inoffensifs, mais certains sont des agents pathogènes qui peuvent causer des maladies chez les animaux ou les humains (figure 5).
Fungi
Les champignons (singulier : fungus) sont également des eucaryotes. Certains champignons multicellulaires, comme les champignons, ressemblent à des plantes, mais ils sont en fait très différents. Les champignons ne sont pas photosynthétiques, et leurs parois cellulaires sont généralement constituées de chitine plutôt que de cellulose.
Les champignons – levures – unicellulaires font partie de l’étude de la microbiologie. Il existe plus de 1000 espèces connues. Les levures se trouvent dans de nombreux environnements différents, des profondeurs de la mer au nombril humain. Certaines levures ont des usages bénéfiques, comme faire lever le pain et fermenter les boissons, mais les levures peuvent aussi gâcher les aliments. Certaines provoquent même des maladies, comme les infections vaginales à levures et le muguet buccal (figure 6).
Les autres champignons qui intéressent les microbiologistes sont des organismes multicellulaires appelés moisissures. Les moisissures sont constituées de longs filaments qui forment des colonies visibles (figure 7). Les moisissures sont présentes dans de nombreux environnements différents, du sol aux aliments en décomposition en passant par les coins humides des salles de bains. Les moisissures jouent un rôle essentiel dans la décomposition des plantes et des animaux morts. Certaines moisissures peuvent provoquer des allergies et d’autres produisent des métabolites pathogènes appelés mycotoxines. Les moisissures ont été utilisées pour fabriquer des produits pharmaceutiques, notamment la pénicilline, qui est l’un des antibiotiques les plus couramment prescrits, et la cyclosporine, utilisée pour prévenir le rejet d’organes après une transplantation.
Pensez-y
- Nommez deux types de protistes et deux types de champignons.
- Nommez certaines des caractéristiques déterminantes de chaque type.
Helminthes
Les vers parasites multicellulaires appelés helminthes ne sont pas techniquement des micro-organismes, car la plupart sont assez gros pour être vus sans microscope. Cependant, ces vers entrent dans le champ de la microbiologie car les maladies causées par les helminthes impliquent des œufs et des larves microscopiques. Un exemple d’helminthe est le ver de Guinée, ou Dracunculus medinensis, qui provoque des vertiges, des vomissements, des diarrhées et des ulcères douloureux sur les jambes et les pieds lorsque le ver sort de la peau (figure 8). L’infection se produit généralement après qu’une personne a bu de l’eau contenant des puces d’eau infectées par des larves de ver d’Inde. Au milieu des années 1980, on estimait à 3,5 millions le nombre de cas de maladie du ver de Guinée, mais la maladie a été largement éradiquée. En 2014, seuls 126 cas ont été signalés, grâce aux efforts coordonnés de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et d’autres groupes engagés dans l’amélioration de l’assainissement de l’eau potable.
Virus
Les virus sont des micro-organismes acellulaires, ce qui signifie qu’ils ne sont pas composés de cellules. Essentiellement, un virus est constitué de protéines et de matériel génétique – soit de l’ADN, soit de l’ARN, mais jamais les deux – qui sont inertes en dehors d’un organisme hôte. Cependant, en s’incorporant dans une cellule hôte, les virus sont capables de coopter les mécanismes cellulaires de l’hôte pour se multiplier et infecter d’autres hôtes.
Les virus peuvent infecter tous les types de cellules, des cellules humaines aux cellules d’autres micro-organismes. Chez l’homme, les virus sont responsables de nombreuses maladies, du simple rhume au virus mortel Ebola (figure 9). Cependant, de nombreux virus ne provoquent pas de maladie.
Pensez-y
- Les helminthes sont-ils des micro-organismes ? Expliquez pourquoi ou pourquoi pas.
- En quoi les virus sont-ils différents des autres micro-organismes ?
La microbiologie comme domaine d’étude
La microbiologie est un terme large qui englobe l’étude de tous les différents types de micro-organismes. Mais en pratique, les microbiologistes ont tendance à se spécialiser dans l’un de plusieurs sous-domaines. Par exemple, la bactériologie est l’étude des bactéries ; la mycologie est l’étude des champignons ; la protozoologie est l’étude des protozoaires ; la parasitologie est l’étude des helminthes et autres parasites ; et la virologie est l’étude des virus (Figure 10).
L’immunologie, l’étude du système immunitaire, est souvent incluse dans l’étude de la microbiologie parce que les interactions hôte-pathogène sont centrales à notre compréhension des processus des maladies infectieuses. Les microbiologistes peuvent également se spécialiser dans certains domaines de la microbiologie, tels que la microbiologie clinique, la microbiologie environnementale, la microbiologie appliquée ou la microbiologie alimentaire.
Dans ce manuel, nous sommes principalement concernés par les applications cliniques de la microbiologie, mais comme les différents sous-domaines de la microbiologie sont fortement liés, nous discuterons souvent d’applications qui ne sont pas strictement cliniques.
Bioéthique en microbiologie
Dans les années 1940, le gouvernement américain cherchait une solution à un problème médical : la prévalence des maladies sexuellement transmissibles (MST) chez les soldats. Plusieurs études financées par le gouvernement, désormais tristement célèbres, ont utilisé des sujets humains pour rechercher des MST courantes et des traitements. Dans l’une de ces études, des chercheurs américains ont intentionnellement exposé plus de 1300 sujets humains au Guatemala à la syphilis, à la gonorrhée et au chancre afin de déterminer la capacité de la pénicilline et d’autres antibiotiques à combattre ces maladies. Parmi les sujets de l’étude figuraient des soldats, des prisonniers, des prostituées et des patients psychiatriques guatémaltèques, qui n’ont jamais été informés de leur participation à l’étude. Les chercheurs ont exposé les sujets aux MST par diverses méthodes, allant de la facilitation des rapports sexuels avec des prostituées infectées à l’inoculation aux sujets de la bactérie connue pour provoquer ces maladies. Cette dernière méthode consistait à faire une petite blessure sur les parties génitales du sujet ou ailleurs sur le corps, puis à injecter des bactéries directement dans la blessure. En 2011, une commission du gouvernement américain chargée d’enquêter sur l’expérience a révélé que seuls certains des sujets avaient été traités avec de la pénicilline, et que 83 sujets étaient morts en 1953, probablement à cause de l’étude.
Malheureusement, c’est l’un des nombreux exemples horribles d’expériences de microbiologie qui ont violé les normes éthiques de base. Même si cette étude avait conduit à une percée médicale permettant de sauver des vies (ce qui n’a pas été le cas), peu de personnes pourraient soutenir que ses méthodes étaient éthiquement saines ou moralement justifiables. Mais tous les cas ne sont pas aussi tranchés. Les professionnels travaillant dans des environnements cliniques sont fréquemment confrontés à des dilemmes éthiques, comme le fait de travailler avec des patients qui refusent un vaccin ou une transfusion sanguine susceptible de leur sauver la vie. Ce ne sont que deux exemples de décisions de vie ou de mort qui peuvent croiser les croyances religieuses et philosophiques du patient et du professionnel de la santé.
Quel que soit le noble objectif, les études de microbiologie et la pratique clinique doivent être guidées par un certain nombre de principes éthiques. Les études doivent être réalisées avec intégrité. Les patients et les sujets de recherche donnent leur consentement éclairé (non seulement en acceptant d’être traités ou étudiés, mais en démontrant qu’ils comprennent l’objectif de l’étude et les risques encourus). Les droits des patients doivent être respectés. Les procédures doivent être approuvées par un comité d’examen institutionnel. Lors du travail avec les patients, la tenue de dossiers précis, une communication honnête et la confidentialité sont primordiales. Les animaux utilisés pour la recherche doivent être traités avec humanité et tous les protocoles doivent être approuvés par un comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux. Ce ne sont là que quelques-uns des principes éthiques explorés dans les encadrés Œil sur l’éthique tout au long de ce livre.
Focus clinique : Cora, résolution
Cet exemple conclut l’histoire de Cora qui a commencé dans Ce que savaient nos ancêtres et Une approche systématique.
Les échantillons de LCR de Cora ne montrent aucun signe d’inflammation ou d’infection, comme on pourrait s’y attendre avec une infection virale. Cependant, il y a une concentration élevée d’une protéine particulière, la protéine 14-3-3, dans son LCR. Un électroencéphalogramme (EEG) de sa fonction cérébrale est également anormal. L’EEG ressemble à celui d’un patient atteint d’une maladie neurodégénérative comme la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Huntington, mais le déclin cognitif rapide de Cora ne correspond à aucune de ces maladies. Au lieu de cela, son médecin conclut que Cora a la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), un type d’encéphalopathie spongiforme transmissible (EST).
La MCJ est une maladie extrêmement rare, avec seulement environ 300 cas aux États-Unis chaque année. Elle n’est pas causée par une bactérie, un champignon ou un virus, mais plutôt par des prions, qui n’entrent dans aucune catégorie particulière de microbes. Comme les virus, les prions ne se trouvent pas sur l’arbre de vie car ils sont acellulaires. Les prions sont extrêmement petits, environ un dixième de la taille d’un virus typique. Ils ne contiennent aucun matériel génétique et sont composés uniquement d’un type de protéine anormale.
La MCJ peut avoir plusieurs causes différentes. Elle peut être contractée par l’exposition au cerveau ou aux tissus du système nerveux d’une personne ou d’un animal infecté. La consommation de viande d’un animal infecté est l’une des façons dont une telle exposition peut se produire. Il existe également de rares cas d’exposition à la MCJ par contact avec du matériel chirurgical contaminé et par des donneurs de cornée et d’hormones de croissance qui étaient atteints de la MCJ sans le savoir. Dans de rares cas, la maladie résulte d’une mutation génétique spécifique qui peut parfois être héréditaire. Cependant, chez environ 85 % des patients atteints de MCJ, la maladie est spontanée (ou sporadique) et n’a pas de cause identifiable. Sur la base de ses symptômes et de leur progression rapide, Cora reçoit un diagnostic de MCJ sporadique.
Malheureusement pour Cora, la MCJ est une maladie mortelle pour laquelle il n’existe aucun traitement approuvé. Environ 90 % des patients meurent dans l’année qui suit le diagnostic. Ses médecins se concentrent sur la limitation de sa douleur et de ses symptômes cognitifs à mesure que sa maladie progresse. Huit mois plus tard, Cora meurt. Son diagnostic de MCJ est confirmé par une autopsie du cerveau.
Concepts clés et résumé
- Les micro-organismes sont très diversifiés et se retrouvent dans les trois domaines de la vie : Archées, Bactéries et Eucarya.
- Les archées et les bactéries sont classées parmi les procaryotes car elles n’ont pas de noyau cellulaire. Les archées diffèrent des bactéries par leur histoire évolutive, leur génétique, leurs voies métaboliques et la composition de leur paroi cellulaire et de leur membrane.
- Les archées habitent presque tous les environnements sur terre, mais aucune archée n’a été identifiée comme pathogène pour l’homme.
- Les eucaryotes étudiés en microbiologie comprennent les algues, les protozoaires, les champignons et les helminthes.
- Les algues sont des organismes de type végétal qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires, et tirent leur énergie de la photosynthèse.
- Les protozoaires sont des organismes unicellulaires dotés de structures cellulaires complexes ; la plupart sont mobiles.
- Les champignons microscopiques comprennent les moisissures et les levures.
- Les helminthes sont des vers parasites multicellulaires. Ils sont inclus dans le domaine de la microbiologie car leurs œufs et leurs larves sont souvent microscopiques.
- Les virus sont des micro-organismes acellulaires qui ont besoin d’un hôte pour se reproduire.
- Le domaine de la microbiologie est extrêmement vaste. Les microbiologistes se spécialisent généralement dans un des nombreux sous-domaines, mais tous les professionnels de la santé ont besoin d’une base solide en microbiologie clinique.
Choix multiple
Quel type de micro-organismes suivants est photosynthétique ?
- levure
- virus
- helminthe
- algue
Montrer la réponse
Réponse d. Les algues sont photosynthétiques.
Quel est le micro-organisme procaryote suivant ?
- helminthe
- protozoaire
- cyanobactérie
- moisissure
Afficher la réponse
Réponse c. La cyanobactérie est un micro-organisme procaryote.
Quel est le micro-organisme suivant qui est acellulaire ?
- virus
- bactérie
- champignon
- protozoaire
Show Answer
Answer a. Les virus sont acellulaires.
Quel est le micro-organisme suivant qui est un type de champignon ?
- bactérie
- protozoaire
- algue
- levure
Show Answer
Answer d. La levure est un type de micro-organisme fongique.
Lequel des domaines suivants n’est pas un sous-domaine de la microbiologie ?
- bactériologie
- botanique
- microbiologie clinique
- virologie
Show Answer
Answer b. La botanique n’est pas un sous-domaine de la microbiologie.
Remplir les blancs
Un ________ est un micro-organisme qui provoque une maladie.
Montrer la réponse
Un pathogène est un micro-organisme qui provoque une maladie.
Les vers parasites multicellulaires étudiés par les microbiologistes sont appelés ___________.
Show Answer
Les vers parasites multicellulaires étudiés par les microbiologistes sont appelés helminthes.
L’étude des virus est ___________.
Show Answer
L’étude des virus est la virologie.
Les cellules des organismes procaryotes sont dépourvues de _______.
Show Answer
Les cellules des organismes procaryotes sont dépourvues de noyau.
Pensez-y
- Décrivez les différences entre les bactéries et les archées.
- Nommez trois structures que divers protozoaires utilisent pour se déplacer.
- Décrivez les tailles réelles et relatives d’un virus, d’une bactérie et d’une cellule végétale ou animale.
- Contrastez le comportement d’un virus à l’extérieur par rapport à l’intérieur d’une cellule.
- Où se situeraient un virus, une bactérie, une cellule animale et un prion sur ce tableau ?
- P. Rudge et al. « MCJ iatrogène due à l’hormone de croissance dérivée de l’hypophyse avec des temps d’incubation génétiquement déterminés allant jusqu’à 40 ans. » Brain 138 no. 11 (2015) : 3386-3399. ↵
- Kara Rogers. » Expérience sur la syphilis au Guatemala : Projet américain de recherche médicale ». Encylopaedia Britannica. http://www.britannica.com/event/Guatemala-syphilis-experiment. Consulté le 24 juin 2015. ↵
- Susan Donaldson James. « Les expériences sur la syphilis choquent, mais les essais de médicaments du tiers-monde aussi ». ABC World News. 30 août 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatemala-syphilis-experiments-shock-us-drug-trials-exploit/story?id=14414902. Consulté le 24 juin 2015. ↵
- C. Greenaway « Dracunculose (maladie du ver de Guinée) ». Journal de l’Association médicale canadienne 170 no. 4 (2004):495-500. ↵
- Organisation mondiale de la santé. « Dracunculose (maladie du ver de Guinée) ». OMS. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Consulté le 2 octobre 2015. ↵
- Greg Botelho. « Un cas de maladie de Creutzfeldt-Jakob confirmé dans le New Hampshire ». CNN. 2013. http://www.cnn.com/2013/09/20/health/creutzfeldt-jakob-brain-disease/. ↵
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- National Institute of Neurological Disorders and Stroke. « Fiche d’information sur la maladie de Creutzfeldt-Jakob ». NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. ↵
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