Les parois des
bactéries Gram-négatives
Les
parois des bactéries Gram-négatives sont beaucoup plus compliquées que celles des
bactéries Gram-positives. La couche fine de peptidoglycane adjacente à la
membrane plasmique ne constitue que 5 à 10% du poids de la paroi. Chez E.
coli, elle a environ 1 nm d'épaisseur et ne contient qu'une ou deux couches
de peptidoglycane. La membrane externe se trouve à l'extérieur du
peptidoglycane. La protéine la plus abondante est la lipoprotéine de Braun,
On a
émis l'idée que les substances pénètreraient dans la cellule par ces sites d'adhésion
plutôt que de circuler dans le périplasme.
Les
éléments les plus particuliers de la membrane externe sont les
lipopolysaccharides (LPS). Ces grandes molécules complexes contiennent à la
fois des lipides et des glucides ; elles sont
formées
de trois parties : 1) le lipide A, 2) le polysaccharide central, et 3) la
chaîne latérale O.
La région du
lipide A contient deux dérivés de glucosamine, chacun avec trois acides gras et
des phosphates ou des pyrophosphates attachés. Le lipide A est enfoui dans la
membrane externe tandis que le reste de la molécule de LPS est projeté vers l'extérieur.
Le polysaccharide central est lié au lipide A. Chez Salmonella, il est
constitué de 10 sucres, dont plusieurs ont une structure inhabituelle. La
chaîne latérale O ou antigène O est une chaîne polysaccharidique courte
s'étendant au-delà du polysaccharide central. La chaîne latérale O est
constituée de quelques sucres particuliers et sa composition varie selon les
souches bactériennes. Bien que les chaînes latérales O soient facilement reconnues
par les anticorps de l'hôte, les bactéries Gram-négatives peuvent contrecarrer
les défenses de l'hôte en changeant rapidement la nature de leurs chaînes
latérales O pour échapper à la détection. L'interaction de l'anticorps avec le
LPS avant que la membrane externe ne soit atteinte peut protéger la paroi d'une
attaque directe.
Le LPS est
important pour plusieurs raisons autres que celle d'éviter les défenses de
l'hôte. Puisque le polysaccharide central contient habituellement des sucres
chargés et des phosphates, le LPS contribue à la charge négative de la surface
bactérienne. Le lipide A est un constituant majeur de la membrane externe et le
LPS aide à la stabilisation de la structure membranaire.
De plus, le lipide A est souvent
toxique ; le LPS peut donc agir comme une endotoxine et provoquer
certains des symptômes qui apparaissent lors d'infections à bactéries
Gram-négatives.
Une des
fonctions les plus importantes de la membrane externe est de servir de barrière
de protection. Elle empêche ou diminue l'entrée des sels biliaires, des
antibiotiques et autres substances toxiques qui pourraient tuer ou endommager la
bactérie. Pourtant, la membrane externe est plus perméable que la membrane plasmique
et permet le passage de petites molécules comme le glucose et d'autres
monosaccharides. Ceci est dû à la présence de protéines spéciales, les porines.
Trois molécules de porines s'assemblent et traversent la membrane externe en
formant des canaux étroits au travers desquels des molécules plus petites que
600 à 700 daltons peuvent passer. Des molécules plus grosses telles que la vitamine
B 12 doivent être transportées au travers de la membrane externe par des
transporteurs spécifiques. La membrane externe empêche aussi la perte de
constituants comme les enzymes péri plasmiques.
Le mécanisme de
la coloration de Gram
Bien que
plusieurs explications aient été données aux résultats de la réaction de
coloration de Gram, il semble que la différence entre les bactéries
Gram-positives et Gram-négatives soit due à la nature de leur paroi cellulaire.
Si on enlève la paroi cellulaire des bactéries Gram-positives, elles deviennent
Gram-négatives. Le peptidoglycane lui-même n'est pas coloré ; il paraît plutôt
agir avec les acides lipoteichoïques comme une barrière de perméabilité empêchant
la perte du cristal violet. Au cours de la coloration, les bactéries sont
d'abord colorées avec le cristal violet, puis traitées avec de l'iode qui fixe
le colorant. Les bactéries Gram-positives sont ensuite traitées à l'éthanol qui
réduit la dimension des pores du peptidoglycane. Le complexe colorant- iode est
donc maintenu durant la décoloration et la bactérie reste pourpre. Au contraire,
le peptidoglycane des bactéries Gram-négatives est très mince et peu ponté, de
plus il contient de larges pores. Le traitement à l'alcool extrait aussi assez
de lipides de la paroi des cellules Gram-négatives pour en augmenter encore la
porosité. C'est pour ces raisons que l'alcool élimine plus facilement le
cristal violet combiné à l'iode des bactéries Gram-négatives.
La paroi
cellulaire et la protection osmotique
La paroi
cellulaire est nécessaire pour protéger la bactérie contre la destruction par
la pression osmotique. En général, le cytoplasme bactérien est beaucoup plus
concentré que l'environnement microbien qui est hypotonique. Durant l'osmose,
l'eau traverse sélectivement des membranes perméables comme la membrane
plasmique et va des solutions diluées (haute concentration en eau) vers des
solutions plus concentrées (faible concentration en eau). Donc, normalement
l'eau tend à entrer dans les cellules bactériennes et la pression osmotique
peut atteindre 20 atmosphères. La membrane plasmique ne peut pas supporter de
telles pressions et la cellule va gonfler, être physiquement désorganisée puis
détruite, un processus appelé lyse, en l'absence de la paroi qui la protège par
sa résistance au gonflement. Un milieu hypertonique est plus concentré que le
milieu intracellulaire. Dans un tel milieu, l'eau passe à l'extérieur, le
cytoplasme rétrécit et se détache de la paroi cellulaire.
Ce phénomène
s'appelle la plasmolyse. Il est utile à la préservation de la nourriture :
beaucoup de bactéries ne se multiplient pas dans de la nourriture séchée ou
dans les confitures parce qu'elles ne peuvent pas éviter la plasmolyse.
L'importance de
la paroi cellulaire pour protéger des bactéries contre la lyse osmotique se
démontre par un traitement avec du lysozyme ou de la pénicilline. Le lysozyme
est une enzyme qui attaque le peptidoglycane en hydrolysant la liaison qui unit
l'acide N-acétylmuramique au carbone quatre de la N-acétylglucosamine. La
pénicilline inhibe la synthèse du peptidoglycane. Si les bactéries sont
incubées en présence de pénicilline dans une solution isotonique, les bactéries
Gram-positives sont transformées en protoplastes qui continuent à se développer
normalement aussi longtemps que l'isotonicité est maintenue, même si elles ont
perdu complètement leur paroi. Les cellules Gram-négatives gardent leur
membrane externe après traitement à la pénicilline et sont appelées
sphéroplastes parce qu'une partie de leur paroi cellulaire est toujours
présente. Les protoplastes et les sphéroplastes sont sensibles à la pression
osmotique. Mis dans une solution diluée, ils vont se lyser à cause d'une entrée
d'eau incontrôlée.
Même si pour la
plupart, les bactéries ont besoin d'une paroi cellulaire intacte pour survivre,
certaines n'en ont pas du tout. Par exemple, les mycoplasmes sont dépourvus de
paroi et pourtant ils peuvent se développer dans des milieux dilués ou dans un
environnement terrestre car leur membrane plasmique est plus résistante que la
normale. La raison précise de cette résistance n'est pas connue, bien que la
présence de stérols dans la membrane de plusieurs espèces pourrait être
responsable d'une résistance accrue.
Sans paroi
cellulaire rigide, les mycoplasmes ont tendance à être pléomorphes,
c'est-à-dire qu'ils peuvent changer de forme.
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