La morphologie et la structure des virus sont étudiées à l'aide d'un microscope électronique, car leur taille est petite et comparable à l'épaisseur de la membrane bactérienne. La forme des virions peut être différente : en bâtonnet (virus de la mosaïque du tabac), en balle (virus de la rage), sphérique (virus de la poliomyélite, VIH), en forme de spermatozoïde (nombreux bactériophages).
Les tailles des virus sont déterminées en microscopie électronique, par ultrafiltration à travers des filtres de diamètre de pores connu, par ultracentrifugation. L'un des plus petits virus est le virus de la poliomyélite (environ 20 nm), le plus gros est la variole (environ 350 nm).
Faites la distinction entre les virus simples (par exemple, le virus de la polio) et les virus complexes (par exemple, la grippe, la rougeole). Dans les virus simplement arrangés, l'acide nucléique est lié à une enveloppe protéique appelée capside (du latin capsa - gaine). La capside consiste en des sous-unités morphologiques répétitives - les capsomères. L'acide nucléique et la capside interagissent pour former une nucléocapside. Dans les virus complexes, la capside est entourée d'une enveloppe lipoprotéique supplémentaire - la supercapside (un dérivé des structures membranaires de la cellule hôte), qui a des pointes. Les virions sont caractérisés par une symétrie de capside de type spirale, cubique et complexe. La symétrie de type spirale est due à la structure hélicoïdale de la nucléocapside, la symétrie de type cubique est due à la formation d'un corps isométriquement creux à partir de la capside contenant l'acide nucléique viral.
La capside et la supercapside protègent les virions des influences environnementales, provoquent une interaction sélective (adsorption) avec les cellules et déterminent les propriétés antigéniques et immunogènes des virions. Les structures internes des virus sont appelées noyau.En virologie, les catégories taxonomiques suivantes sont utilisées : famille (le nom se termine par viridae), sous-famille (le nom se termine par virinae), genre (le nom se termine par virus).
Cependant, les noms de genres et surtout de sous-familles ne sont pas formulés pour tous les virus. Le type de virus n'a pas reçu de nom binomial, comme dans les bactéries.
La classification des virus est basée sur les catégories suivantes :
§ le type d'acide nucléique (ADN ou ARN), sa structure, le nombre de brins (un ou deux),
§ caractéristiques de la reproduction du génome viral ;
§ la taille et la morphologie des virions, le nombre de capsomères et le type de symétrie ;
§ la présence d'une supercapside ;
§ sensibilité à l'éther et au désoxycholate;
§ site de reproduction dans la cage;
§ propriétés antigéniques, etc.
Les virus infectent les vertébrés et les invertébrés, ainsi que les plantes et les bactéries. Étant les principaux agents responsables des maladies infectieuses humaines, les virus sont également impliqués dans les processus de cancérogenèse, peuvent être transmis de diverses manières, notamment par le placenta (virus de la rubéole, cytomégalovirus, etc.), affectant le fœtus humain. Ils peuvent entraîner des complications post-infectieuses - développement de myocardite, pancréatite, immunodéficience, etc.
En plus des virus courants, on connaît des virus dits non canoniques - des prions - des particules infectieuses protéiques qui sont des agents de nature protéique, sous forme de fibrilles d'une taille de 10,20x100,200 nm. Les prions, apparemment, sont à la fois des inducteurs et des produits du gène autonome des humains ou des animaux et provoquent une encéphalopathie chez eux dans des conditions d'infection virale lente (maladie de Creutzfeldt, Jacob, Kuru, etc.). D'autres agents inhabituels proches des virus sont les viroïdes - de petites molécules d'ARN circulaire superenroulé qui ne contiennent pas de protéines qui causent des maladies chez les plantes.
chapitre 3
PHYSIOLOGIE DES MICRO-ORGANISMES
La physiologie des micro-organismes étudie l'activité vitale des cellules microbiennes, les processus de leur nutrition, respiration, croissance, reproduction et les lois d'interaction avec l'environnement.
Le sujet de la microbiologie médicale est la physiologie des micro-organismes pathogènes et opportunistes qui peuvent provoquer des maladies humaines. L'élucidation de la physiologie de ces micro-organismes est importante pour poser un diagnostic microbiologique, comprendre la pathogenèse, traiter et prévenir les maladies infectieuses, réguler les relations de l'homme avec l'environnement, etc.
La composition chimique des bactéries
La composition des micro-organismes comprend de l'eau, des protéines, des acides nucléiques, des glucides, des lipides et des minéraux.
L'eau est le composant principal d'une cellule bactérienne, représentant environ 80% de sa masse. Il est à l'état libre ou lié avec les éléments structurels de la cellule. En cas de litige, la quantité d'eau est réduite à 18,20 %. L'eau est un solvant pour de nombreuses substances et joue également un rôle mécanique en fournissant de la turgescence. Lors de la plasmolyse - la perte d'eau par la cellule dans une solution hypertonique - le protoplasme se détache de la membrane cellulaire. Élimination de l'eau de la cellule, séchage, suspension des processus métaboliques. La plupart des micro-organismes tolèrent bien le séchage. Avec un manque d'eau, les micro-organismes ne se multiplient pas. Le séchage sous vide à partir d'un état congelé (lyophilisation) arrête la reproduction et favorise la conservation à long terme des échantillons microbiens.
Les protéines (40,80 % en poids sec) déterminent les propriétés biologiques les plus importantes des bactéries et consistent généralement en des combinaisons de 20 acides aminés. Les bactéries comprennent l'acide diaminopimélique (DAP), qui est absent dans les cellules humaines et animales. Les bactéries contiennent plus de 2000 protéines différentes présentes dans les composants structurels et impliquées dans les processus métaboliques. La plupart des protéines ont une activité enzymatique. Les protéines de la cellule bactérienne déterminent l'antigénicité et l'immunogénicité, la virulence et les espèces de bactéries.
Les acides nucléiques des bactéries remplissent des fonctions similaires à celles des cellules eucaryotes : une molécule d'ADN sous forme de chromosome est responsable de l'hérédité, les acides ribonucléiques (informationnels, ou matriciels, de transport et ribosomiques) sont impliqués dans la biosynthèse des protéines.
Les bactéries peuvent être caractérisées (taxonomiquement) par la teneur de la somme de la guanine et de la cytosine (GC) en pourcentages molaires (M%) du nombre total de bases d'ADN. Une caractéristique plus précise des micro-organismes est leur hybridation d'ADN. La base de la méthode d'hybridation
ADN - la capacité de l'ADN dénaturé (simple brin) à être renaturé, c'est-à-dire se connecter avec un brin complémentaire d'ADN et former une molécule d'ADN double brin.
Les glucides bactériens sont représentés par des substances simples (mono- et disaccharides) et des composés complexes. Les polysaccharides se trouvent souvent dans les capsules. Certains polysaccharides intracellulaires (amidon, glycogène, etc.) sont des nutriments de réserve.
Les lipides font principalement partie de la membrane cytoplasmique et de ses dérivés, ainsi que de la paroi cellulaire des bactéries, par exemple, la membrane externe, où, en plus de la couche biomoléculaire de lipides, se trouve le LPS. Les lipides peuvent jouer le rôle de nutriments de réserve dans le cytoplasme. Les lipides bactériens sont représentés par les phospholipides, les acides gras et les glycérides. Mycobacterium tuberculosis contient la plus grande quantité de lipides (jusqu'à 40 %).
Les substances minérales des bactéries se trouvent dans les cendres après la combustion des cellules. Le phosphore, le potassium, le sodium, le soufre, le fer, le calcium, le magnésium, ainsi que des oligo-éléments (zinc, cuivre, cobalt, baryum, manganèse, etc.) sont détectés en grande quantité et participent à la régulation de la pression osmotique, du pH du milieu, le potentiel redox , activent les enzymes, font partie des enzymes, des vitamines et des composants structurels de la cellule microbienne.
Nutrition bactérienne
Les caractéristiques nutritionnelles d'une cellule bactérienne consistent en l'apport de substrats nutritifs sur toute sa surface, ainsi qu'en un taux élevé de processus métaboliques et d'adaptation aux conditions environnementales changeantes.
Types de nourriture... La distribution généralisée des bactéries est facilitée par une variété de types d'aliments. Les micro-organismes ont besoin de glucides, d'azote, de soufre, de phosphore, de potassium et d'autres éléments. Selon les sources de carbone pour la nutrition, les bactéries sont divisées en autotrophes (du grec autos - lui-même, trophe - nourriture), utilisant du dioxyde de carbone CO2 et d'autres composés inorganiques pour construire leurs cellules, et hétérotrophes (du grec heteros - un autre, trophe - aliments), se nourrissant de composés organiques prêts à l'emploi. Les bactéries autotrophes sont des bactéries nitrifiantes présentes dans le sol ; bactéries sulfureuses vivant dans l'eau avec du sulfure d'hydrogène; bactéries du fer vivant dans l'eau avec du fer ferreux, etc.
Les micro-organismes sont divisés en deux groupes selon le substrat oxydable, appelé donneur d'électrons ou d'hydrogène. Les micro-organismes utilisant des composés inorganiques comme donneurs d'hydrogène sont appelés lithotrophes (du grec lithos - pierre), et les micro-organismes utilisant des composés organiques comme donneurs d'hydrogène sont appelés organotrophes.
Compte tenu de la source d'énergie, les phototrophes se distinguent parmi les bactéries, c'est-à-dire photosynthétiques (par exemple, les algues bleu-vert qui utilisent l'énergie lumineuse) et les chimiotrophes, qui nécessitent des sources d'énergie chimiques.
Facteurs de croissance... Pour que les micro-organismes se développent sur des milieux nutritifs, certains composants supplémentaires sont nécessaires, appelés facteurs de croissance. Les facteurs de croissance sont des composés nécessaires aux micro-organismes qu'ils ne peuvent pas synthétiser eux-mêmes, ils doivent donc être ajoutés aux milieux nutritifs. Parmi les facteurs de croissance, on distingue : les acides aminés nécessaires à la construction des protéines ; les purines et les pyrimidines, qui sont nécessaires à la formation d'acides nucléiques ; vitamines qui font partie de certaines enzymes. Les termes "auxotrophes" et "prototrophes" sont utilisés pour désigner le rapport des micro-organismes aux facteurs de croissance. Les auxotrophes nécessitent un ou plusieurs facteurs de croissance ; les prototrophes peuvent eux-mêmes synthétiser des composés nécessaires à la croissance. Ils sont capables de synthétiser des composants à partir de sels de glucose et d'ammonium.
Mécanismes nutritionnels. L'entrée de diverses substances dans une cellule bactérienne dépend de la taille et de la solubilité de leurs molécules dans les lipides ou l'eau, le pH du milieu, la concentration des substances, divers facteurs de perméabilité membranaire, etc. La paroi cellulaire permet aux petites molécules et ions à traverser, piégeant des macromolécules pesant plus de 600 D. Le principal régulateur de l'apport de substances par la cellule est la membrane cytoplasmique. Classiquement, quatre mécanismes peuvent être distingués pour la pénétration des nutriments dans une cellule bactérienne : ce sont la diffusion simple, la diffusion facilitée, le transport actif et la translocation de groupe. Le mécanisme le plus simple pour l'entrée de substances dans la cellule est la diffusion simple, dans laquelle le mouvement des substances se produit en raison de la différence de leur concentration des deux côtés de la membrane cytoplasmique. Les substances passent à travers la partie lipidique de la membrane cytoplasmique (molécules organiques, médicaments) et, moins souvent, à travers des canaux remplis d'eau dans la membrane cytoplasmique. La diffusion passive s'effectue sans consommation d'énergie.
La diffusion facilitée se produit également en raison d'une différence de concentration de substances des deux côtés de la membrane cytoplasmique. Cependant, ce processus est réalisé à l'aide de molécules porteuses localisées dans la membrane cytoplasmique et possédant une spécificité. Chaque support transporte la substance correspondante à travers la membrane ou la transfère à un autre composant de la membrane cytoplasmique - le support lui-même.
Les protéines porteuses peuvent être des perméases dont le lieu de synthèse est la membrane cytoplasmique. La diffusion facilitée se fait sans consommation d'énergie, les substances passent d'une concentration plus élevée à une concentration plus faible.
Le transport actif se produit à l'aide de perméases et vise à transférer des substances d'une concentration inférieure à une concentration supérieure, c'est-à-dire comme à contre-courant, ce processus s'accompagne donc d'une dépense d'énergie métabolique (ATP), formée à la suite de réactions redox dans la cellule.
Le transfert (translocation) de groupes est similaire au transport actif, à la différence que la molécule transférée est modifiée lors du transfert, par exemple, elle est phosphorylée. La libération de substances de la cellule s'effectue par diffusion et avec la participation de systèmes de transport - enzymes de bactéries. Les enzymes reconnaissent les métabolites correspondants (substrats), interagissent avec eux et accélèrent les réactions chimiques. Les enzymes sont des protéines qui participent aux processus d'anabolisme (synthèse) et de catabolisme (décroissance), c'est-à-dire métabolisme. De nombreuses enzymes sont interconnectées avec les structures de la cellule microbienne. Par exemple, dans la membrane cytoplasmique, il existe des enzymes redox impliquées dans la respiration et la division cellulaire ; enzymes qui fournissent la nutrition à la cellule, etc. Les enzymes redox de la membrane cytoplasmique et de ses dérivés fournissent de l'énergie pour des processus intensifs de biosynthèse de diverses structures, y compris la paroi cellulaire. Les enzymes associées à la division cellulaire et à l'autolyse se trouvent dans la paroi cellulaire. Les endozymes catalysent le métabolisme qui a lieu à l'intérieur de la cellule.
Les exoenzymes sont sécrétées par la cellule dans l'environnement, décomposant les macromolécules des substrats nutritifs en composés simples qui sont assimilés par la cellule comme sources d'énergie, de carbone, etc. Certaines exozymes (pénicillinase, etc.) inactivent les antibiotiques, remplissant une fonction protectrice .
Distinguer les enzymes constitutives et inductibles. Les enzymes constitutives comprennent les enzymes qui sont synthétisées par la cellule en continu, indépendamment de la présence de substrats dans le milieu nutritif. Les enzymes inductibles (adaptatives) ne sont synthétisées par une cellule bactérienne que s'il y a un substrat de cette enzyme dans le milieu. Par exemple, la p-galactosidase d'E. coli ne se forme pratiquement pas sur un milieu contenant du glucose, mais sa synthèse augmente fortement lorsqu'elle est cultivée sur un milieu contenant du lactose ou une autre p-galactosidase.
Certaines enzymes (appelées enzymes d'agression) détruisent les tissus et les cellules, provoquant des micro-organismes répandus et leurs toxines dans les tissus infectés. Ces enzymes comprennent la hyaluronidase, la collagénase, la désoxyribonucléase, la neuraminidase, la lécitovitellase, etc. Ainsi, la hyaluronidase streptococcique, en divisant l'acide hyaluronique du tissu conjonctif, favorise la propagation des streptocoques et de leurs toxines.
Plus de 2000 enzymes sont connues. Elles sont regroupées en six classes : oxydoréductases - enzymes redox (elles incluent les déshydrogénases, oxydases, etc.) ; les transférases, qui transfèrent des radicaux et des atomes individuels d'un composé à un autre ; les hydrolases qui accélèrent les réactions d'hydrolyse, c'est-à-dire séparation des substances en substances plus simples avec l'ajout de molécules d'eau (estérase, phosphatase, glucosidase, etc.); les lyases qui clivent les groupes chimiques des substrats de manière non hydrolytique (carboxylases, etc.) ; les isomérases, qui transforment les composés organiques en leurs isomères (phosphohexoisomérase, etc.) ; les ligases, ou synthétases, qui accélèrent la synthèse de composés complexes à partir de composés plus simples (asparagine synthétase, glutamine synthétase, etc.).
Les différences de composition enzymatique sont utilisées pour identifier les microorganismes, car elles déterminent leurs diverses propriétés biochimiques : saccharolytiques (dégradation des sucres), protéolytiques (dégradation des protéines) et autres, détectées par les produits finaux de dégradation (formation d'alcalis, d'acides, sulfure d'hydrogène, ammoniac, etc.) ...
Les enzymes de micro-organismes sont utilisées en génie génétique (enzymes de restriction, ligases, etc.) pour obtenir des composés biologiquement actifs, des acides acétique, lactique, citrique et autres, des produits d'acide lactique, dans la vinification et d'autres industries. Les enzymes sont utilisées comme bioadditifs dans les poudres à laver ("Oka", etc.) pour détruire les contaminants protéiques.
Respiration des bactéries
La respiration, ou oxydation biologique, est basée sur des réactions redox qui conduisent à la formation d'ATP, un accumulateur universel d'énergie chimique. La cellule microbienne a besoin d'énergie pour son activité vitale. Au cours de la respiration, les processus d'oxydation et de réduction ont lieu : l'oxydation est la libération d'hydrogène ou d'électrons par des donneurs (molécules ou atomes) ; réduction - l'ajout d'hydrogène ou d'électrons à un accepteur. L'accepteur d'hydrogène ou d'électrons peut être l'oxygène moléculaire (une telle respiration est dite aérobie) ou le nitrate, le sulfate, le fumarate (une telle respiration est dite anaérobie - nitrate, sulfate, fumarate). L'anaérobiose (du grec aeg - air + bios - vie) est une activité vitale qui se produit en l'absence d'oxygène libre. Si les composés organiques sont des donneurs et des accepteurs d'hydrogène, alors ce processus est appelé fermentation. Au cours de la fermentation, la dégradation enzymatique des composés organiques, principalement des glucides, se produit dans des conditions anaérobies. En tenant compte du produit final de la décomposition des glucides, on distingue l'alcool, l'acide lactique, l'acide acétique et d'autres types de fermentation.
En ce qui concerne l'oxygène moléculaire, les bactéries peuvent être divisées en trois groupes principaux : obligatoires, c'est-à-dire obligatoires, aérobies, anaérobies obligatoires et anaérobies facultatifs.
Les aérobies obligatoires ne peuvent se développer qu'en présence d'oxygène. Les anaérobies obligatoires (botulisme à Clostridia, gangrène gazeuse, tétanos, bactéroïdes, etc.) ne poussent que dans un environnement sans oxygène, qui leur est toxique. En présence d'oxygène, les bactéries forment des radicaux de peroxyde d'oxygène, notamment le peroxyde d'hydrogène et l'anion superoxyde d'oxygène, qui sont toxiques pour les bactéries anarobies obligatoires, car ils ne forment pas les enzymes inactivantes correspondantes. Les bactéries aérobies inactivent le peroxyde d'hydrogène et l'anion superoxyde avec les enzymes correspondantes (catalase, peroxydase et superoxyde dismutase). Les anaérobies facultatifs peuvent se développer en présence ou en l'absence d'oxygène, car ils sont capables de passer de la respiration en présence d'oxygène moléculaire à la fermentation en l'absence de celui-ci. Les anaérobies facultatifs sont capables d'effectuer une respiration anaérobie, appelée nitrate : le nitrate, qui est un accepteur d'hydrogène, est réduit en azote moléculaire et ammoniac Parmi les anaérobies obligatoires, on distingue les bactéries aérotolérantes, qui persistent en présence d'oxygène moléculaire, mais ne utilise le.
Pour la culture des anaérobies dans les laboratoires bactériologiques, on utilise des anaérostats - des récipients spéciaux dans lesquels l'air est remplacé par un mélange de gaz ne contenant pas d'oxygène. L'air peut être éliminé des milieux de culture par ébullition, à l'aide d'adsorbants chimiques d'oxygène placés dans des anaérostats ou d'autres récipients contenant des cultures.
Croissance et reproduction des bactéries
L'activité vitale des bactéries est caractérisée par la croissance - la formation de composants structurels et fonctionnels de la cellule et une augmentation de la cellule bactérienne elle-même, ainsi que la reproduction - l'auto-reproduction, conduisant à une augmentation du nombre de cellules bactériennes dans le population.
Les bactéries se multiplient par division binaire en deux, moins fréquemment par bourgeonnement.
Les actinomycètes, comme les champignons, peuvent se multiplier par des spores. Les actinomycètes, étant des bactéries ramifiées, se multiplient par fragmentation de cellules filamenteuses. Les bactéries Gram-positives se divisent en incarnant des partitions de division synthétisées dans la cellule, et les bactéries Gram-négatives se divisent par constriction, à la suite de la formation de figures en forme d'haltères, à partir desquelles deux cellules identiques sont formées.
La division cellulaire est précédée de la réplication du chromosome bactérien de manière semi-conservatrice (le brin d'ADN double brin s'ouvre et chaque brin est complété par un brin complémentaire), ce qui conduit à un doublement des molécules d'ADN du noyau bactérien - le nucléoïde. La réplication de l'ADN chromosomique s'effectue à partir du point de départ ogi (de l'anglais, origine - début).
Le chromosome d'une cellule bactérienne est connecté dans la région avec la membrane cytoplasmique. La réplication de l'ADN est catalysée par les ADN polymérases. Premièrement, le déroulement (déspiralisation) du double brin d'ADN se produit, entraînant la formation d'une fourche réplicative (chaînes ramifiées); l'une des chaînes, achevant la construction, lie les nucléotides de 5 "- à l'extrémité Z", l'autre est complétée segment par segment.
La réplication de l'ADN se déroule en trois étapes : initiation, élongation ou croissance de la chaîne et terminaison. Les deux chromosomes formés à la suite de la réplication divergent, ce qui est facilité par une augmentation de la taille de la cellule en croissance : les chromosomes attachés à la membrane cytoplasmique ou à ses dérivés (par exemple, les mésosomes) s'éloignent l'un de l'autre à mesure que le volume cellulaire augmente. Leur isolement final se termine par la formation d'un rétrécissement ou d'une cloison de division. Les cellules avec un septum de division divergent sous l'action d'enzymes autolytiques qui détruisent le noyau du septum de division. Dans ce cas, l'autolyse peut se dérouler de manière inégale: les cellules en division dans une zone restent connectées par une partie de la paroi cellulaire dans la zone du septum de division. Ces cellules sont situées à un angle les unes par rapport aux autres, ce qui est caractéristique des diphtéries corynebactéries.
Reproduction de bactéries dans un milieu nutritif liquide. Les bactéries inoculées dans un certain volume immuable du milieu nutritif, se multipliant, consomment des nutriments, ce qui conduit en outre à l'épuisement du milieu nutritif et à l'arrêt de la croissance bactérienne. La culture de bactéries dans un tel système est appelée culture par lots, et la culture est appelée culture par lots. Si les conditions de culture sont maintenues par un apport continu de milieu nutritif frais et la sortie du même volume de liquide de culture, alors une telle culture est dite continue et la culture est dite continue.
Lorsque les bactéries sont cultivées sur un milieu nutritif liquide, une croissance de culture de fond, diffuse ou superficielle (sous forme de film) est observée. La croissance d'une culture batch de bactéries cultivées sur un milieu nutritif liquide se subdivise en plusieurs phases, ou périodes :
§ phase de latence;
§ phase de croissance logarithmique ;
§ phase de croissance stationnaire, ou concentration maximale
§ bactéries;
§ phase de mort des bactéries.
Ces phases peuvent être représentées graphiquement sous forme de segments de la courbe de croissance bactérienne, reflétant la dépendance du logarithme du nombre de cellules vivantes sur le moment de leur culture. Phase de latence (de l'anglais, lag - lag) - la période entre le semis de bactéries et le début de la reproduction. La durée de la lag-Phase est en moyenne de 4,5 heures.Les bactéries grossissent et se préparent à la division; la quantité d'acides nucléiques, de protéines et d'autres composants augmente. La phase de croissance logarithmique (exponentielle) est une période de division intensive des bactéries.
Sa durée est d'environ 5,6 heures.Dans des conditions de croissance optimales, les bactéries peuvent se diviser toutes les 20 à 40 minutes. Durant cette phase, les bactéries sont les plus vulnérables, ce qui s'explique par la grande sensibilité des composants métaboliques d'une cellule en croissance intensive aux inhibiteurs de la synthèse des protéines, acides nucléiques, etc... Sa durée est exprimée en heures et varie selon le type de bactéries, leurs caractéristiques et leur culture. Le processus de croissance bactérienne est complété par la phase de mort, caractérisée par la mort des bactéries dans des conditions d'épuisement des sources du milieu nutritif et l'accumulation de produits du métabolisme bactérien dans celui-ci. Sa durée varie de 10 heures à plusieurs semaines. L'intensité de la croissance et de la reproduction des bactéries dépend de nombreux facteurs, dont la composition optimale du milieu nutritif, le potentiel redox, le pH, la température, etc.
Reproduction de bactéries sur un milieu nutritif dense. Les bactéries poussant sur des milieux nutritifs solides forment des colonies isolées de forme arrondie avec des bords lisses ou irréguliers (en forme de S et de R ; voir le chapitre 5), de consistance et de couleur variables, selon le pigment bactérien.
Des pigments hydrosolubles diffusent dans le milieu de culture et le colorent, par exemple Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) colore le milieu en bleu. Un autre groupe de pigments est insoluble dans l'eau, mais soluble dans les solvants organiques. Ainsi, les colonies du "bâton miracle" ont un pigment rouge sang, soluble dans l'alcool. Et enfin, il existe des pigments qui ne sont pas solubles dans l'eau ou dans les composés organiques.
Les plus courants parmi les micro-organismes sont les pigments tels que les carotènes, les xanthophylles et les mélanines. Les mélanines sont des pigments noirs, bruns ou rouges insolubles synthétisés à partir de composés phénoliques. Les mélanines, ainsi que la catalase, la superoxyde cismutase et les peroxydases, protègent les micro-organismes des effets des radicaux toxiques du peroxyde d'oxygène. De nombreux pigments ont des effets antimicrobiens, similaires aux antibiotiques.
Le type, la forme, la couleur et d'autres caractéristiques des colonies sur un milieu nutritif solide peuvent être pris en compte lors de l'identification des bactéries, ainsi que lors de la sélection des colonies pour obtenir des cultures pures.
Dans des conditions industrielles, lorsque la biomasse de micro-organismes est obtenue pour la préparation d'antibiotiques, de vaccins, de préparations de diagnostic, d'eubiotiques, la culture de bactéries et de champignons est réalisée dans des fermenteurs dans le strict respect des paramètres optimaux pour la croissance et la reproduction des cultures (voir Chapitre 6).
Microbiologie : notes de cours Tkachenko Ksenia Viktorovna
1. Morphologie et structure des virus
Les virus sont les micro-organismes qui composent le royaume Vira.
Caractéristiques:
2) n'ont pas leurs propres systèmes de synthèse de protéines et d'énergie ;
3) n'ont pas d'organisation cellulaire;
4) avoir un mode de reproduction disjonctif (déconnecté) (la synthèse des protéines et des acides nucléiques se produit à différents endroits et à différents moments);
6) les virus passent à travers des filtres bactériens.
Les virus peuvent exister sous deux formes : extracellulaire (virion) et intracellulaire (virus).
En forme, les virions peuvent être :
1) arrondie ;
2) en forme de tige ;
3) sous forme de polygones réguliers ;
4) filiforme, etc.
Leurs tailles vont de 15-18 à 300-400 nm.
Au centre du virion se trouve un acide nucléique viral recouvert d'une enveloppe protéique - une capside, qui a une structure strictement ordonnée. La membrane capside est constituée de capsomères. L'acide nucléique et l'enveloppe capside constituent la nucléocapside.
La nucléocapside des virions complexes est recouverte d'une enveloppe externe - une supercapside, qui peut inclure de nombreuses structures lipidiques, protéiques et glucidiques fonctionnellement différentes.
La structure des virus à ADN et à ARN ne diffère pas fondamentalement de la NK d'autres micro-organismes. Certains virus ont de l'uracile dans leur ADN.
L'ADN peut être :
1) double brin;
2) simple brin;
3) circulaire ;
4) double brin, mais avec une chaîne plus courte ;
5) double brin, mais avec une chaîne continue et avec l'autre des chaînes fragmentées.
L'ARN peut être :
1) simple brin;
2) linéaire double brin;
3) linéaire fragmenté;
4) circulaire ;
Les protéines virales sont classées en :
1) génomique - nucléoprotéines. Fournir des processus de réplication des acides nucléiques viraux et de reproduction virale. Ce sont des enzymes, grâce auxquelles il y a une augmentation du nombre de copies de la molécule mère, ou des protéines, à l'aide desquelles des molécules sont synthétisées sur la matrice d'acide nucléique qui assurent la mise en œuvre de l'information génétique;
2) protéines de la membrane de la capside - protéines simples ayant la capacité de s'auto-assembler. Ils s'additionnent à des structures géométriquement régulières, dans lesquelles on distingue plusieurs types de symétrie : spirale, cubique (formant des polygones réguliers, le nombre de faces est strictement constant) ou mixtes ;
3) les protéines de la membrane de la supercapside sont des protéines complexes aux fonctions diverses. Grâce à eux, les virus interagissent avec une cellule sensible. Ils remplissent des fonctions protectrices et réceptrices.
Parmi les protéines de la membrane de la supercapside se trouvent :
a) les protéines d'ancrage (à une extrémité, elles sont situées à la surface et à l'autre extrémité, elles pénètrent dans la profondeur ; assurent le contact du virion avec la cellule) ;
b) enzymes (peuvent détruire les membranes);
c) les hémagglutinines (provoquent une hémagglutination);
d) éléments de la cellule hôte.
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Table des matières du sujet "Types de micro-organismes. Virus. Virion." :1. Micro-organismes. Types de micro-organismes. Classification des micro-organismes. Prions.
2. Virus. Virion. Morphologie des virus. La taille des virus. Acides nucléiques des virus.
3. Capside du virus. Fonctions capsides des virus. Capsomères. Nucléocapside des virus. Symétrie en spirale de la nucléocapside. Symétrie cubique de la capside.
4. Supercapside du virus. Des virus déguisés. Virus nus. Protéines matricielles (protéines M) des virus. Reproduction de virus.
5. Interaction du virus avec la cellule. La nature de l'interaction virus-cellule. Interaction productive. Virogénie. Interférence de virus.
6. Types d'infection cellulaire par des virus. Le cycle de reproduction des virus. Les principales étapes de la reproduction des virus. Adsorption du virion dans la cellule.
7. Pénétration du virus dans la cellule. Viropexis. Déshabiller le virus. Phase d'ombre (phase d'éclipse) de la reproduction virale. Formation de particules virales.
8. Transcription du virus dans la cellule. Virus de diffusion.
9. Réplication du virus dans la cellule. Créer des virus. Libération des virions filles de la cellule.
Virus. Virion. Morphologie des virus. La taille des virus. Acides nucléiques des virus.
Forme extracellulaire - virion- comprend tous les éléments constitutifs (capside, acide nucléique, protéines de structure, enzymes, etc.). Forme intracellulaire - virus- peut être représenté par une seule molécule d'acide nucléique, car, entrant dans la cellule, le virion se décompose en ses éléments constitutifs.
Morphologie des virus. La taille des virus.
Acides nucléiques de virus
Virus ne contiennent qu'un seul type d'acide nucléique, DIC ou ARN, mais pas les deux à la fois. Par exemple, les virus de la variole, l'herpès simplex, Epstein-Barr - contenant de l'ADN, et les togavirus, les picornavirus - contenant de l'ARN. Le génome de la particule virale est haploïde. Le génome viral le plus simple code pour 3-4 protéines, le plus complexe - plus de 50 polypeptides. Les acides nucléiques sont représentés par des molécules d'ARN simple brin (à l'exclusion des réovirus, dans lesquels le génome est formé de deux brins d'ARN) ou par des molécules d'ADN double brin (à l'exclusion des parvovirus, dans lesquels le génome est formé d'un brin d'ADN). Dans le virus de l'hépatite B, les brins de la molécule d'ADN double brin ne sont pas de la même longueur.
ADN viral forment des structures superenroulées circulaires, liées de manière covalente (par exemple, dans les papovavirus) ou linéaires à double brin (par exemple, dans l'herpès et les adénovirus). Leur poids moléculaire est 10 à 100 fois inférieur à celui de l'ADN bactérien. La transcription de l'ADN viral (synthèse de l'ARNm) est réalisée dans le noyau d'une cellule infectée par le virus. Dans l'ADN viral, aux extrémités de la molécule se trouvent des séquences nucléotidiques répétitives droites ou inversées (dépliées à 180"). Leur présence confère à la molécule d'ADN la capacité de se fermer en un anneau. Ces séquences, présentes en simple et double molécules d'ADN brin, sont des marqueurs particuliers de l'ADN viral.
Riz. 2-1. Tailles et morphologie des principaux agents responsables des infections virales humaines.
ARN viral sont représentés par des molécules simple ou double brin. Les molécules simple brin peuvent être segmentées - de 2 segments dans les arénovirus à 11 dans les rotavirus. La présence de segments entraîne une augmentation de la capacité de codage du génome. ARN viral subdivisé dans les groupes suivants : ARN brin plus (+ ARN), ARN brin moins (-ARN). Dans divers virus, le génome peut former des brins + ARN ou -ARN, ainsi que des doubles brins, dont l'un est -ARN, l'autre (complémentaire) - + ARN.
ARN brin plus sont représentés par des chaînes simples avec des terminaisons caractéristiques ("caps") pour la reconnaissance des ribosomes. Ce groupe comprend les ARN qui peuvent traduire directement l'information génétique sur les ribosomes d'une cellule infectée par un virus, c'est-à-dire remplir les fonctions de l'ARNm. Les brins Plus remplissent les fonctions suivantes : ils servent d'ARNm pour la synthèse de protéines structurelles, une matrice pour la réplication de l'ARN, et sont emballés dans une capside pour former une population fille. Les brins d'ARN moins ne sont pas capables de traduire l'information génétique directement sur les ribosomes, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas fonctionner comme ARNm. Cependant, de tels ARN servent de matrice pour la synthèse d'ARNm.
Infectivité des acides nucléiques viraux
Beaucoup acides nucléiques viraux infectieux en eux-mêmes, car ils contiennent toute l'information génétique nécessaire à la synthèse de nouvelles particules virales. Cette information est réalisée après la pénétration du virion dans la cellule sensible. Les propriétés infectieuses sont démontrées par les acides nucléiques de la plupart des virus contenant de l'ARN et de l'ADN. Les ARN double brin et la plupart des ARN ne sont pas infectieux.
Le rythme rapide du développement de la virologie dans la seconde moitié du XXe siècle. a permis d'obtenir les informations les plus importantes sur la structure et la composition chimique de divers virus, y compris leur génome, ainsi que sur la nature de l'interaction avec les cellules hôtes. Les matériaux obtenus indiquent que les virus existent sous deux formes qualitativement différentes : extracellulaire - virion et intracellulaire - virus. Le virion du virus le plus simple est une nucléoprotéine, qui comprend un génome viral protégé par une enveloppe protéique - une capside. En même temps, le virus intracellulaire est une forme d'auto-réplication qui n'est pas capable de division binaire.
Ainsi, dans la définition d'un virus, une différence fondamentale est posée entre la forme cellulaire des microorganismes qui se multiplient par fission binaire, et la forme répliquante, qui ne se reproduit qu'à partir de l'acide nucléique viral. Cependant, la différence qualitative entre les virus des pro- et des eucaryotes ne se limite pas à ce seul côté, mais comprend un certain nombre d'autres :
la présence d'un type d'acide nucléique (ADN ou ARN) ;
manque de structure cellulaire et de systèmes de synthèse de protéines ;
la capacité de s'intégrer dans le génome cellulaire et de se répliquer de manière synchrone avec lui.
Dans le même temps, les virus diffèrent des réplicons ordinaires, qui sont les molécules d'ADN de tous les micro-organismes et de toutes les autres cellules, ainsi que des plasmides et des transposons, car ces réplicons sont des biomolécules qui ne peuvent pas être classées comme matière vivante.
Classification et taxonomie des virus. Les virus constituent le royaume Vira, qui est subdivisé par type d'acide nucléique en deux sous-royaumes - les ribovirus et les désoxyribovirus. Les sous-royaumes sont divisés en familles, elles-mêmes subdivisées en genres. La notion de type de virus n'a pas encore été clairement formulée, ainsi que la désignation des différents types.
En tant que caractéristiques taxonomiques, une importance primordiale est attachée au type d'acide nucléique et à ses caractéristiques de biologie moléculaire : double brin, simple brin, segmenté, non segmenté, à séquences répétitives et inversées, etc. Cependant, dans les travaux pratiques, les caractéristiques des virus obtenus à la suite de microscopie électronique et d'études immunologiques : la morphologie, la structure et la taille du virion, la présence ou l'absence de l'enveloppe externe (supercapside), les antigènes, la localisation intranucléaire ou cytoplasmique, etc. Outre les signes mentionnés, la résistance à la température, le pH, les détergents, etc. sont pris en compte.
Actuellement, les virus humains et animaux sont inclus dans 18 familles. L'appartenance des virus à certaines familles est déterminée par le type d'acide nucléique, sa structure, ainsi que la présence ou l'absence d'une enveloppe externe. Pour déterminer l'appartenance à la famille des rétrovirus, la présence de transcriptase inverse doit être prise en compte.
Morphologie et structure des virions
Les tailles des virions de divers virus varient considérablement : de 15-18 à 300-400 nm. Ils ont des formes variées : en bâtonnets, filamenteux, parallélépipédiques sphériques, spermatozoïdes (Fig. 5.1). La structure d'un virion simple - une nucléocapside - indique que l'acide nucléique viral - ADN ou ARN - est protégé de manière fiable par une enveloppe protéique - une capside. Ce dernier a une structure strictement ordonnée, qui repose sur les principes de la symétrie spirale ou cubique. Les capsides des virions en forme de bâtonnets et filamenteux sont constituées de sous-unités structurelles disposées en spirale autour d'un axe. Avec cet arrangement des sous-unités, un canal creux est formé, à l'intérieur duquel la molécule d'acide nucléique viral est compactée. Sa longueur peut être plusieurs fois la longueur du virion en forme de bâtonnet. Par exemple, la longueur du virus de la mosaïque du tabac (TMV) est de 300 nm, et son ARN atteint 4000 nm, soit 4 µm. Dans ce cas, l'ARN est tellement lié à la capside qu'il ne peut être libéré sans endommager cette dernière. Des capsides similaires se trouvent dans certains virus bactériens et dans les virus humains (par exemple, le virus de la grippe).
La structure sphérique des virions est déterminée par la capside, construite selon les principes de la symétrie cubique, qui est basée sur la figure de l'icosaèdre - un à vingt côtés. La capside est constituée de sous-unités asymétriques (molécules polypeptidiques), qui sont combinées en sous-unités morphologiques - les capsomères. Un capsomère contient 2, 3 ou 5 sous-unités situées le long des axes de symétrie correspondants de l'icosaèdre. Selon le type de réarrangement et le nombre de sous-unités, le nombre de capsomères sera de 30, 20 ou 12. Dans la Fig. 5.1 montre les types possibles de virions simples, constitués d'un certain nombre de capsomères, représentés sous forme de boules, ainsi que de capsomères de volume croissant.
Les virions avec une capside complexe constituée de plus de 60 sous-unités structurelles contiennent des groupes de 5 sous-unités - pentamères, ou de 6 sous-unités - hexamères. La nucléocapside des virions complexes, appelée "noyau", est recouverte d'une enveloppe externe - une supercapside.
La composition chimique des virions
Les virions simples contiennent un type d'acide nucléique - ARN ou ADN - et des protéines. Dans les virions complexes, l'enveloppe externe contient des lipides et des polysaccharides, les premiers sont obtenus à partir des cellules hôtes, les seconds sont codés dans le génome du virus sous forme de glycoprotéines.
ADN viral. Le poids moléculaire de l'ADN de différents virus varie considérablement (1 * 106-1 * 108). Il est environ 10 à 100 fois inférieur au poids moléculaire de l'ADN bactérien. Le génome des virus contient jusqu'à plusieurs centaines de gènes. Au niveau de leur structure, les ADN viraux se caractérisent par un certain nombre de caractéristiques, ce qui permet de les subdiviser en plusieurs types. Ceux-ci comprennent l'ADN double brin et simple brin, qui peut être linéaire ou circulaire.
Bien que les séquences nucléotidiques n'apparaissent qu'une seule fois dans chaque brin d'ADN, il existe des répétitions droites ou inversées (rotation de 180 °) à ses extrémités. Ils sont représentés par les mêmes nucléotides qui sont situés dans la région initiale de l'ADN. Les répétitions nucléotidiques, inhérentes à l'ADN viral simple brin et double brin, sont une sorte de marqueurs qui distinguent l'ADN viral de l'ADN cellulaire. La signification fonctionnelle de ces répétitions est la capacité de se refermer en anneau. Sous cette forme, il est répliqué, transcrit, devient résistant aux endonucléases et peut être incorporé dans le génome cellulaire.
ARN viral. Dans les virus à ARN, l'information génétique est codée dans l'ARN par le même code que dans l'ADN de tous les autres virus et organismes cellulaires. En termes de composition chimique, les ARN viraux ne diffèrent pas des ARN d'origine cellulaire, mais ils se caractérisent par une structure différente. En plus de l'ARN simple brin typique, un certain nombre de virus ont un ARN double brin. De plus, il peut être linéaire et circulaire. Les ARN simple brin contiennent des régions hélicoïdales de type double hélice d'ADN, qui se forment à la suite de l'appariement de bases azotées complémentaires. Les ARN simple brin, selon les fonctions qu'ils remplissent, sont divisés en deux groupes.
La morphologie et la structure des virus sont étudiées à l'aide d'un microscope électronique, car leur taille est petite et comparable à l'épaisseur de la membrane bactérienne.
La forme des virions peut être différente : en bâtonnet (virus de la mosaïque du tabac), en balle (virus de la rage), sphérique (virus de la poliomyélite, VIH), en forme de spermatozoïde (nombreux bactériophages) (Fig. 8).
Riz. 8. Formes de virions :
1 virus de la variole ; 2 virus de l'herpès ; 3 adénovirus; 4 papovavirus ; 5 hépadnavirus ; 6 paramyxovirus; 7 virus de la grippe; 8 coronavirus ; 9 arénavirus ; 10 rétrovirus ;
Les tailles des virus sont déterminées en microscopie électronique, par ultrafiltration à travers des filtres de diamètre de pores connu, par ultracentrifugation. Certains des plus petits virus sont la polio et la fièvre aphteuse (environ 20 nm), les circovirus (16 nm), le plus gros virus variolique (environ 350 nm). Les virus ont un génome unique car ils contiennent soit de l'ADN, soit de l'ARN. Par conséquent, une distinction est faite entre les virus contenant de l'ADN et les virus contenant de l'ARN. Ils sont généralement haploïdes, ce qui signifie qu'ils ont un seul ensemble de gènes. Le génome des virus est représenté par différents types d'acides nucléiques : double brin, simple brin, linéaire, circulaire, fragmenté.
Faites la distinction entre les virus simples (par exemple, le virus de la polio) et les virus complexes (par exemple, la grippe, la rougeole). Dans les virus arrangés simplement, l'acide nucléique est lié à une enveloppe protéique appelée capside (du latin capsa gaine). La capside consiste en la répétition de sous-unités morphologiques de capsomères. L'acide nucléique et la capside interagissent pour former une nucléocapside. Dans les virus complexes, la capside est entourée d'une enveloppe lipoprotéique supplémentaire, une supercapside (un dérivé des structures membranaires de la cellule hôte), qui présente des pointes. La capside et la supercapside protègent les virions des influences environnementales, provoquent une interaction sélective (adsorption) avec les cellules et déterminent les propriétés antigéniques et immunogènes des virions. Les structures internes des virus sont appelées noyau.
Les virions sont caractérisés par des types de symétrie de capside en spirale, cubique et complexe. La symétrie de type spirale est due à la structure hélicoïdale de la nucléocapside, formation cubique d'un corps creux isométrique à partir d'une capside contenant un acide nucléique viral.
En plus des virus courants, appelés virus non canoniques, les prions sont des particules infectieuses protéiques sous forme de fibrilles de 10 à 20 x 100 à 200 nm. Les prions, apparemment, sont à la fois des inducteurs et des produits du gène autonome des humains ou des animaux et provoquent une encéphalopathie chez eux dans des conditions d'infection virale lente (maladie de Creutzfeldt Jakob, kuru, etc.). D'autres agents inhabituels proches des virus sont les viroïdes, de petites molécules d'ARN circulaire superenroulé qui ne contiennent pas de protéines, qui provoquent des maladies chez les plantes.
