Bacteria - Définition

Structure cellulaire

Schéma de la structure cellulaire d’une cellule bactérienne typique.

En tant que procaryote (organisme sans noyau), les bactéries sont des cellules relativement simples, caractérisées par une absence de noyau et d’organites comme les mitochondries et les chloroplastes, elles n'ont pas non plus de réticulum endoplasmique ou d'appareil de golgi.

Une caractéristique importante des bactéries est la paroi cellulaire. Les bactéries peuvent être divisées en deux groupes (Gram négatif et Gram positif) basé sur la différence de la structure et de la composition chimique de la paroi cellulaire mise en évidence grâce à la coloration de Gram. Les bactéries à coloration de Gram positif possèdent une paroi cellulaire contenant un peptidoglycane (ou muréine) épais et des acides teichoïques alors que bactéries à coloration de Gram négatif présentent un peptidoglycane fin localisé dans le périplasme entre la membrane cytoplasmique et une membrane cellulaire externe. La paroi donne à la bactérie sa forme et la protège contre l’éclatement sous l’effet de la très forte pression osmotique du cytoplasme. Le peptidoglycane assure la rigidité de la paroi. Il existe toutefois des bactéries sans paroi : ce sont les mycoplasmes.

Intracellulaire

Les bactéries étaient vues comme de simples sacs de cytoplasme, mais de nombreux niveaux de complexité structurelle ont été découverts depuis, comme la découverte du cytosquelette procaryote, et la localisation spécifique de protéines dans le cytoplasme bactérien. Ces compartiments subcellulaires ont été nommés « hyperstructure bactériennes » (« bacterial hyperstructures » en anglais).

Les bactéries possèdent un chromosome sous forme de filament d’ADN, support de l’hérédité. Le chromosome bactérien est en général circulaire. En plus de cet ADN génomique, les cellules bactériennes contiennent souvent des molécules d’ADN circulaire extra-chromosomiques appelées plasmides. Les cellules contiennent aussi de nombreux ribosomes permettant la synthèse protéique grâce au mécanisme de la traduction. Le cytoplasme des procaryotes contient souvent des substances intracellulaires de réserve qui sont des stocks de nutriments sous forme de glycogène, amidon ou poly-b-hydroxybutyrate (PBH). Certaines espèces de bactéries aquatiques possèdent des vésicules à gaz qui assurent la flottabilité des cellules. D’autres espèces, les bactéries magnétotactiques, ont la particularité de présenter un magnétosome.

Extracellulaire

Helicobacter pylori micrographie électronique montrant de nombreux flagelles à la surface de la cellule.

Beaucoup de bactéries possèdent des structures extra-cellulaires comme des flagelles utilisés pour la mobilité des cellules, des fimbriae permettant l’attachement et des pili sexuels indispensables au phénomène de conjugaison. Les bactéries hétérotrophes peuvent utiliser leurs flagelles pour se diriger vers des zones riches en substances organiques (nutriments) grâce au phénomène appelé chimiotactisme.

Quelques bactéries peuvent fabriquer de fines couches externes à la paroi cellulaire, généralement constituées de polysaccharides (des sucres). Quand la couche est compacte, on parle de capsule. Les capsules constituent par exemple une barrière de protection de la cellule contre l’environnement externe et aussi contre la phagocytose. Elle facilite aussi l’attachement aux surfaces et la formation de biofilms. Klebsiella, Bacillus anthracis, Streptococcus pneumoniae sont des exemples de bactéries capsulées. Quand la couche est diffuse, on parle de couche mucoïde. Quand la couche est plus épaisse, on parle de glycocalyx. Le glycocalyx permet aux bactéries d’adhérer à un support.
Certaines bactéries qualifiées de bactéries engainées produisent une couche externe dense et rigide : la gaine. Ce phénomène est courant chez les bactéries de l’eau qui forment des chaînes filamenteuses (Sphaerotilus natans par exemple). La gaine protège les cellules contre les turbulences de l’eau. Les bactéries du groupe Cytophaga – Flavobacterium produisent une couche muqueuse qui leur permet de rester en contact étroit avec un milieu solide. D'autres bactéries comme les Spirillum peuvent s’envelopper d’une couche protéique appelée la couche S.

Endospores

Bacillus anthracis (colorés en violet) se développent dans un liquide céphalorachidien.

Quelques bactéries, Gram positif, comme Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter et Heliobacterium peuvent fabriquer des endospores leur permettant de résister à certaines conditions de stress environnemental ou chimique. La formation d'un endospore n'est pas un processus de reproduction. Les Anaerobacter peuvent faire jusqu'à sept endospores en une seule cellule. Les bactéries à endospores ont une zone centrale de cytoplasme contenant l'ADN et ribosomes entouré par une couche du cortex et protégé par un manteau imperméable et rigide.

Les bactéries à endospores peuvent survivre dans des conditions physiques et chimiques extrêmes, tels que des niveaux élevés de rayonnement UV, les rayons gamma, les détergents, les désinfectants, une forte chaleur ou pression et à la dessiccation. Ces organismes pourraient rester viable durant des millions d'années. Les endospores peuvent même permettre aux bactéries de survivre à l'exposition au vide et au rayonnement dans l'espace.

Les bactéries à endospore peuvent également causer des maladies: par exemple, la maladie du charbon peut être contractée par l'inhalation d'endospores Bacillus anthracis, et la contamination des plaies profondes avec la perforation par Clostridium tetani responsable du tétanos.