BACILLES À GRAM NÉGATIF: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, TYPES - LA BIOLOGIE - 2025

Les bactéries Gram négatif (GNB) sont des bactéries en forme de bâtonnet qui donnent une coloration Gram négative. Cela est dû à la biochimie de sa paroi cellulaire. Le terme bactérie désigne toutes les cellules ayant des caractéristiques procaryotes et appartenant au domaine des bactéries, également appelées eubactéries.

Les procaryotes sont caractérisés par l'absence de noyaux et de compartiments membranaires. Cette caractéristique est également possédée par les membres du domaine des archéobactéries, dans lequel il existe également des espèces à Gram négatif. La paroi cellulaire des membres des deux domaines et d'autres caractéristiques sont différentes.

Source: Photo d'Eric Erbe, colorisation numérique par Christopher Pooley, tous deux de l'USDA, de l'ARS et de l'UEM.

Caractéristiques générales

Les caractéristiques partagées par les espèces qui sont des bacilles à Gram négatif sont: 1) ils sont en forme de bâtonnet; 2) sont négatifs à la coloration de Gram, ils apparaissent donc en rouge. Ce dernier est produit par la structure de la paroi cellulaire, qui est différente de celle des bactéries Gram positives.

Les bacilles à Gram négatif diffèrent grandement les uns des autres en termes de mobilité (flagelles mobiles; mobiles glissants; non mobiles), de nutrition et de physiologie (phototrophes, chimio-organotrophes, capacité à utiliser l'oxygène, etc.), entre autres facteurs. Par conséquent, il est plus facile de spécifier les caractéristiques générales des eubactéries et des archées.

Ils mesurent en moyenne 3 µm de long et 1 µm de large. Ils peuvent être plus grands ou plus petits. Ils n'ont pas de membrane qui entoure l'ADN et des organites tels que les mitochondries et les chloroplastes.

Ils ont une paroi cellulaire qui entoure la membrane plasmique. Ils n'ont qu'un chromosome circulaire et des plasmides. L'ADN manque d'introns.

Certains membres des Eubactéries sont des agents pathogènes pour les animaux et les plantes, tandis que les membres des Archaeobacteria ne sont pas des agents pathogènes.

Les eubactéries peuvent être sensibles aux antibiotiques (pénicilline, kanamycine, streptomycine, etc.), fixer l'azote, former des capsules, présenter une photosynthèse chlorophyllienne, ne pas avoir de photosystème avec la rhodopsine et être non méthanogènes. Les archéobactéries sont le contraire.

Structure de la paroi cellulaire des bactéries Gram-négatives

Toutes les bactéries à Gram négatif, quelle que soit leur forme cellulaire, partagent les mêmes caractéristiques structurelles de la paroi cellulaire.

La paroi cellulaire des bactéries à Gram négatif est une structure multicouche, qui est composée de peptidoglycane. Ils ont une membrane externe qui entoure le peptidoglycane. Entre la membrane externe et la paroi cellulaire, il y a un espace étroit appelé espace périplasmique.

La paroi cellulaire mesure 30 Â. Il est composé de peptidoglycane (mureine), qui est composé de molécules de N-acétylglucosamine (gluNAC) qui alternent avec des molécules d'acide N-acétylmuramique (murNAc) et forment des chaînes. Le peptidoglycane représente 10% de la paroi, le reste est une membrane externe.

Les chaînes gluNAC et murNAc sont traversées par des tétrapeptides, chaînes de quatre résidus d'acides aminés. Souvent, le troisième résidu d'acide aminé, dans le tétrapeptide, est l'acide diaminopimélique. Deux tétrapeptides forment une liaison covalente l'un avec l'autre et sont directement connectés aux chaînes gluNAC et murNAc.

La membrane externe est une bicouche lipidique qui est attachée de manière covalente à la couche de peptidoglycane par des molécules de lipoprotéines. Cette membrane a des porines qui forment des canaux à travers la membrane externe.

Structure de la paroi cellulaire des archées à Gram négatif

D'un point de vue structurel et biochimique, l'enveloppe cellulaire des archées diffère grandement de celle des eubactéries. La paroi cellulaire d'Archaea ne contient que 10% de peptidoglycane. La membrane externe typiquement présente dans les bactéries à Gram négatif est absente chez les archées.

Dans les archées à Gram négatif, il existe une couche S qui entoure la membrane plasmique. Alors que les archées à Gram positif, il y a une enveloppe entourant la couche S.

Dans les espèces des deux domaines, les eubactéries et les archées, la couche S est composée de glycoprotéines, qui sont des protéines liées, par des liaisons covalentes, aux glucides. Ces derniers sont des sous-unités répétitives, linéaires ou ramifiées, constituant de 1% à 20% de la masse totale des glycoprotéines.

Les glycoprotéines sont riches (entre 40% et 50%) en résidus d'acides aminés hydrophobes. Sa teneur en cystéine et méthionine est faible. Ils contiennent 10% de lysine, d'acide glutamique et d'acide aspartique. De ce fait, la surface extracellulaire est très hydrophobe.

Types de bactéries qui sont des bâtonnets à Gram négatif

Les bactéries Gram-négatives en forme de bacille se trouvent dans divers groupes taxonomiques. Dans le même genre, il peut y avoir des bactéries à Gram négatif qui peuvent avoir différentes formes.

Par exemple: 1) le genre Chorobium, dans lequel se trouvent les bactéries sulfureuses vertes, en forme de bacilles et de bâtonnets courbes; 2) le genre Pasteurella, qui a des espèces pléomorphes (de formes multiples).

Il existe des groupes hétérogènes, tels que les «bactéries glissantes» et les bactéries soufrées, dont les membres sont généralement à Gram négatif, et peuvent avoir la forme d'un bacille, ou d'autres formes.

Les bactéries glissantes sont phylogénétiquement très diverses, avec divers mécanismes de motilité. Ce sont des bacilles et manquent de flagelles. Les bactéries soufrées sont un groupe très diversifié de micro-organismes qui peuvent être des bâtonnets ou des bâtonnets courbes.

Les bactéries photoautotrophes sont à Gram négatif et ont une variété de formes, telles que les bacilles et les cocci. Ils comprennent une seule branche phylogénétique au sein du domaine Eubacteria.

Il existe des groupes taxonomiques dont les membres sont Gram négatifs et dont la seule forme est celle d'un bacille, à savoir:

Entérobactéries (ordre Enterobacteriales, famille Enterobacteriaceae), Pseudomonas (ordre Pseudomonadales, classe Gammaproteobacteria), Azotobacter (classe Gammaproteobacteria) et Bacteroides (phylum Bacteroidetes, classe Bacteroidia).

Types d'Arcaheobacteria qui sont des bâtonnets à Gram négatif

Les membres des Haloarchaea (Halobacteria) sont des bâtonnets à Gram négatif. Ils appartiennent à l'ordre des Halobacteriales et à la famille des Halobacteriacea. Cette famille compte 19 genres et quelque 57 espèces. Les Haloarchaea sont un groupe monophylétique, c'est-à-dire qu'ils ont un ancêtre exclusif.

Un groupe relativement proche des Haloarchaea sont les archéobactéries méthanogènes, qui peuvent être Gram négatif ou Gram positif. Ils ont des formes variées. Environ 160 espèces différentes sont connues, appartenant à 29 genres, 14 familles et six ordres.

Exemples de bâtonnets Gram négatif chez les eubactéries

Groupe d'entérobactéries

Genres représentatifs: Escherichia (gastro-entérite), Enterobacter (rarement pathogène), Serratia (rarement pathogène), Salmonella (entérite), Proteus (infection des voies urinaires), Yersinia (peste), Klebsiella (pneumonie). Ils appartiennent aux gammaprotéobactéries.

Groupe Pseudomonas

Genres représentatifs: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas et Xanthomonas. Ils peuvent être des bacilles droits ou courbes. Plusieurs espèces sont pathogènes pour les animaux et les plantes. Par exemple, Pseudomonas auruginosa est un colonisateur des plaies et des brûlures.

Groupe de bactéries oxydant le soufre

Genre représentatif: Thiobacillus. Ce genre est le plus connu des chimiolytotrophes. Les espèces de Thiobacillus sont dispersées parmi les subdivisions (alpha, bêta et gamma) des protéobactéries.

Groupe de bactéries d'acide acétique

Genres représentatifs: Acetobacter et Gluconobacter. Ils réalisent l'oxydation incomplète des alcools et des sucres. Lorsque le substrat est l'éthanol, ils forment de l'acide acétique. Ils sont particulièrement utiles dans l'industrie des boissons alcoolisées.

Groupe de bactéries fixatrices d'azote

Genres représentatifs: Azotobacter et Zomonas. Ils fixent l'azote de manière aérobie. La plupart appartiennent aux alpha ou gammaprotéobactéries. Les bactéries du genre Azotobacter sont des bacilles particulièrement volumineux.

Groupe de bactéries hyperthermophiles

Genres représentatifs: Thermotoga et Thermodesulfobacterium. Ce sont des hyperthermophiles bacillaires qui se développent à des températures supérieures à 70 ºC. Ils ont été isolés des habitats terrestres, des sources chaudes et des sources sous-marines.

Exemples de bâtonnets Gram négatif dans les archées

Halobacterium salinarum

Il est mobile, vit dans des environnements à forte concentration de sel (> 4 M). Il peut utiliser la lumière comme source d'énergie car il contient de la bactériorhodopsine, une pompe à protons dépendant de la lumière. Cette pompe permet de capter la lumière et de créer un gradient électrochimique à travers la membrane.

L'énergie du gradient électrochimique est utilisée pour synthétiser l'ATP par l'ATP synthase.

Métanomicrobium movile

C'est un bâtonnet Gram négatif. La couche S montre une organisation hexagonale. Les protéines de la couche S ont de faibles points isoélectriques, ce qui indique qu'elles sont riches en résidus d'acides aminés acides. Le pourcentage de résidus hydrophobes est faible.

Il vit dans le rumen des moutons. Produit du méthane par réduction du dioxyde de carbone à l'aide de H ₂ ou de formiate. Il ne peut pas métaboliser l'acétate, les méthylamines ou le méthanol. Il présente un pH optimal compris entre 6,5 et 8. Il joue un rôle important dans la fonction du rumen et la nutrition animale.

Bâtonnets Gram négatifs qui causent des maladies

Klebsiella pneumoniae

C'est l'un des agents responsables de la pneumonie. K. pneumoniae est un pathogène opportuniste qui infecte le système respiratoire des humains et des animaux. Ce n'est pas mobile. C'est un bâtonnet Gram négatif qui produit une capsule prépondérante, qui le protège contre la phagocytose.

Pseudomonas aeruginosa

C'est un bâtonnet Gram négatif. Il produit des maladies telles que les infections des voies urinaires et des oreilles. Il colonise les plaies et les brûlures de la peau. Dans certaines conditions, il produit un biofilm polysaccharidique pour établir une communauté bactérienne et la protéger du système immunitaire.

Haemophilus

Ce sont de petits bâtonnets Gram négatifs et parfois pléomorphes. Il existe plusieurs espèces associées à des maladies chez l'homme, telles que H. influenzae (pneumonie), H. aegyptius (conjonctivite), H. ducrey (chancre mou) et H. parainfluenzae (bactériémie et endocardite).

Legionella

Ce sont des bâtonnets Gram négatifs minces et pléomorphes. Ce sont des parasites intracellulaires. Ils se multiplient dans les macrophages alvéolaires. Il produit une pneumonie et des infections sporadiques, épidémiques et nosocomiales. Legionella pneumophila est responsable des épidémies.

Salmonella

Ce sont des bâtonnets Gram-négatifs anérobies facultatifs. Ils peuvent coloniser divers animaux, y compris les mammifères, les oiseaux et les reptiles. La plupart des infections surviennent après l'ingestion d'aliments contaminés ou par transmission directe par voie fécale-orale. Provoque une gastro-entérite.

Références

1. Alcamo, E. 1996. Microbiologie. Wiley, New York.
2. Barton, LL 2005. Relations structurelles et fonctionnelles chez les procaryotes. Springer, New York.
3. Bauman, BW 2012. Microbiologie des maladies par système corporel. Pearson, Boston.
4. Black, JG 2008. Microbiologie: principes et exploration. Wiley, New York.
5. Garrett, RA, Klenk, HP 2007. Archaea. Blackwell, Londres.
6. Hogg, S. 2005. Microbiologie essentielle. Wiley, Chichester.
7. Kates, M., Kushner, DJ, Matheson, AT 1993. La biochimie des archées (archéobactéries). Elsevier, Amsterdam.
8. Madigan, MT, Martinko, JM, Parker, J. 2004. Brock: biologie des micro-organismes. Pearson, Madrid.
9. Murray, PR, Rosenthal, KS, Pfaüer, MA 2006. Microbiologie médicale. Elsevier, Madrid.