Bactériologie générale

Les bactéries sont des organismes de taille micrométrique à inframicrométrique et sont caractérisées par l’absence d’organites dans le cytoplasme. Les bactéries sont délimitées par une membrane cytoplasmique et une paroi. On distingue :

• Les bactéries gram-positives (ou Gram${^+}$) possèdent une paroi d’une épaisseur comprise entre 20 et 80 nm formée d’une seule couche de peptidoglycane, la muréine, séparée de la membrane plasmique par un espace périplasmique réduit ;
• Les bactéries gram-négatives (ou Gram${^-}$) qui possèdent une paroi fine de peptidoglycane dans un espace périplasmique plus développé compris entre une membrane externe et la membrane plasmique. La membrane externe est reliée au peptidoglycane grâce à des lipoprotéines de Braun. Celle-ci est reliée de manière covalente au peptidoglycane et par des interactions hydrophobes à la membrane externe.

Le cytoplasme est le siège des réactions métaboliques de la cellule, qui ne possède pas de compartiment spécialisé. La membrane cytoplasmique et sa perméabilité sélective permet la mise en place de gradients électrochimiques lors du catabolisme. Ce cytoplasme peut contenir des inclusions, visibles en microscopie électronique à transmission en raison de leur opacité, qui sont essentiellement des réserves, notamment de carbone ou de phosphate. Le chromosome bactérien, unique et circulaire, est dans un espace réduit du cytoplasme nommé nucléoïde.
Du matériel extrachromosomique nommé plasmide peut se trouver en périphérie de ce nucléoïde. Les gènes portés par ces plasmides confèrent souvent de nouvelles propriétés aux cellules qui les possèdent, leur permettant d’exploiter le milieu, de sécréter des toxines ou de résister à des antibiotiques par exemple. Des vacuoles gazeuses sont parfois visibles et permettent la flottaison des microorganismes en milieu aquatique.

Des structures externes sont parfois visibles :

• Un ou plusieurs flagelles, généralement enchâssés dans la membrane cytoplasmique, permettent le déplacement des cellules bactériennes ainsi que leur attachement à des surfaces ;
• Des pili ou des fimbriae qui sont des structures plus fines que les flagelles et qui servent à l’adhérence des cellules ou à des phénomènes parasexuels comme la conjugaison, permise par des pili sexuels.

Enfin, certaines bactéries sont capables de former des spores, composées de plusieurs couches et qui permettent à la bactérie de survivre à des hausses de température ou à d’autres conditions extrêmes. La formation des spores, ou endospores, se fait à l’intérieur d’une bactérie selon un mécanisme proche de la division cellulaire.

Les archées ressemblent beaucoup aux bactéries, à tel point qu’il fut un temps où elles étaient classées dans un même groupe. Ce sont donc des cellules, généralement unicellulaires, qui ne possèdent généralement pas de compartiment intracytoplasmique (hormis parfois une vacuole gazeuse) délimitées par une membrane cytoplasmique et une paroi. L’information génétique est portée par une molécule d’ADN double brin circulaire formant un nucléoïde, et des plasmides peuvent également exister dans le cytoplasme.

Des structures externes comme des flagelles, des pili ou des fimbriae permettent également la locomotion et l’adhérence des archées. La principale différence est dans l’organisation de l’enveloppe cellulaire :

• Les lipides membranaires sont des diéthers de glycérol (R-O-R’) et non des phospholipides avec liaisons diesters (R-COO-R’) comme chez les bactéries. Certaines archées ont même une membrane formée d’une seule couche de lipides composée de tétraéthers. Les diéthers forment donc des bicouches, tandis que les tétraéthers forment des monocouches.
• La paroi cellulaire présente une plus grande diversité que chez les bactéries et ne contient jamais de peptidoglycane. Le cas le plus fréquent est la présence d’une couche S constituée de protéines ou de lipoprotéines de 20 à 40 nm d’épaisseur. Celle-ci peut également être associée à d’autres éléments comme une gaine protéique chez Méthanospirillum, une couche de méthanochondroïtine ou de pseudomuréine, qui sont des polysaccharides et un peptidoglycane, chez d’autres archées méthanogènes comme Methanosarcina ou Méthanothermus. Certaines ne possèdent pas de paroi mais sont doublées d’une membrane externe.

Ces différences structurales, couplées à la séquence particulière des protéines qui les constituent, les rendent résistantes à des conditions extrêmes. La plupart des microorganismes extrêmophiles, capables de vivre à des températures très élevées, à des pH extrêmes ou sous une grande pression, sont des archées.