J.P. Euzéby : Abrégé de Bactériologie Générale et Médicale à l'usage des étudiants de l'Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse
 

Bactériologie Générale
Bactériologie Médicale

Autres sites Web : List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature - Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire - SBSV
 

La spore (endospore) bactérienne

Définitions, principales espèces capables de sporulation

L'endospore ou spore est un organite facultatif qui se forme au sein du cytoplasme de certaines bactéries et qui diffère de la cellule végétative par sa forme, sa structure, son équipement enzymatique et par sa résistance aux agents physiques et chimiques ce qui lui permet de survivre dans des conditions très défavorables.

La sporulation est le phénomène de différenciation qui conduit de la forme végétative à la spore. La transformation inverse est appelée la germination.

À l'exception des Desulfosporosinus spp., des Caminicella spp., de quelques espèces du genre Sporomusa, de Coxiella burnetii (qui pourrait former une endospore) et de Serratia marcescens subsp. sakuensis, les endospores ne sont présentes que chez des bactéries à Gram positif.
Les principales espèces capables de sporuler appartiennent aux genres Acetonema, Alicyclobacillus, Aneurinibacillus, Bacillus, Brevibacillus, Clostridium, Dendrosporobacter, Desulfotomaculum, Geobacillus, Paenibacillus, Sporobacter, Sporolactobacillus, Sporomusa, Sporosarcina, Sporotomaculum, Syntrophospora, Thermoactinomyces, Ureibacillus, Virgibacillus...

Autres formes de résistance

Au sein du monde des procaryotes, il existe des formes de résistance différentes des endospores. C'est le cas des arthrospores, des myxospores, des exospores et des cystes. À la connaissance de l'auteur, les zoospores formées par Dermatophilus congolensis ne sont pas des formes de résistance.
. Les arthrospores sont élaborées par de nombreux actinomycètes (notamment les Streptomyces spp.). Elles résultent d'un cloisonnement puis d'une désarticulation des hyphes aériens. Les arthrospores survivent plus longtemps que les hyphes et elles sont plus résistantes à la chaleur et à l'acidité.
. Chez les myxobactéries, les cellules végétatives peuvent s'entourer d'une enveloppe épaisse et donner des myxospores très résistantes à la dessiccation, partiellement résistantes aux UV et modérément résistantes à la chaleur.
. Les exospores sont observées chez des bactéries du genre Methylosinus. Elles résultent d'un bourgeonnement de l'extrémité des cellules végétatives. Les exospores semblent avoir des propriétés de résistance comparables à celles des endospores.
. Les Azotobacter spp., les Methylococcus spp., les Methylobacter spp. et les Methylomonas spp. produisent des cystes. Le cyste est une forme de résistance à la dessiccation. Sa structure comprend un corps central entouré d'une enveloppe qui se différencie en un exosporium et une exine. Contrairement à l'endospore, la cellule à l'intérieur du cyste est de forme végétative et elle n'est pas l'objet de modifications structurales avant sa germination.

Morphologie et structure des endospores

Au microscope en contraste de phase, la spore apparaît comme un espace clair très réfringent et limité par un contour net et régulier. Elles sont rondes ou ovales, d'un diamètre variant de 0,2 à 2 µm. Si le diamètre est supérieur à celui de la cellule végétative la spore est qualifiée de déformante, dans le cas contraire elle est non déformante. Sa situation à l'intérieur de la cellule permet de reconnaître des spores centrales, subterminales ou terminales (schéma 1). Sauf exception (par exemple Clostridium disporicum), on ne trouve qu'une seule spore par bactérie.

La spore (schéma 1) est constituée par un cytoplasme de texture homogène, pauvre en ARN, en enzymes et en eau mais contenant une quantité d'ADN proche de celle de la cellule végétative. La membrane cytoplasmique, analogue à celle de la cellule végétative, est entourée de la paroi sporale et du cortex. Le cortex, très transparent aux électrons, contient la quasi totalité d'un constituant spécifique des spores, l'acide dipicolinique sous forme de dipicolinate de calcium. Appliqué contre le cortex on trouve la ou les tuniques (appelées alors intine ou tunique interne et exine ou tunique externe) formées de protéines riches en ponts disulfures puis, éventuellement, l'exosporium.

Résistance des endospores

L'état de déshydratation, la présence de dipicolinate de calcium et la richesse en ponts disulfures des tuniques expliqueraient les propriétés de résistance des spores. Les spores sont en effet douées d'une longévité et d'une résistance importante. La longévité est difficile à apprécier mais elle pourrait atteindre plusieurs milliers d'années pour certaines espèces de Bacillus. La thermorésistance est très variable selon les espèces, selon les souches, selon l'âge des cultures et selon les conditions de culture.

Quelques valeurs de la thermorésistance des spores sont données dans les deux tableaux ci-dessous (d'après LARPENT (J.P.) et LARPENT-GOURGAUD (M.) : Mémento technique de microbiologie. Lavoisier, Technique & Documentation, 3ème édition, Paris, 1997, 1039 pages) :

Thermorésistance de diverses espèces

* : Temps en minutes pour détruire 90 p. cent des spores chauffées à 120 °C

Thermorésistance des souches de référence utilisées pour la détermination
des traitements thermiques des conserves

* : Temps en minutes pour détruire 90 p. cent des spores chauffées à 121 °C

Les spores résistent également aux radiations, aux pressions, aux antiseptiques et aux désinfectants. Elles sont totalement résistantes aux antibiotiques.

Sporulation et germination

La sporulation est provoquée par l'épuisement du milieu en substrat nutritif et elle peut nécessiter des conditions particulières : absence d'oxygène pour les clostridies, présence d'oxygène pour Bacillus anthracis (d'où l'interdiction d'autopsier en plein champ des animaux dont la mort semble être due au charbon bactéridien). Le processus de sporulation débute à la fin de la phase de croissance exponentielle et il se déroule en 6 étapes (schéma 2).
. Le stade I ou stade du filament axial se caractérise par la présence d'un matériel nucléaire qui s'étend sur toute la longueur de la cellule et qui correspond à 2 génomes.
. Au stade II, les deux génomes se séparent et en même temps la membrane cytoplasmique s'invagine près d'un pôle de la cellule pour former un septum de sporulation qui partage la cellule en deux parties inégales.
. Ce septum de sporulation va envelopper le cytoplasme de la plus petite partie pour former une préspore caractéristique du stade III.
. Entre les deux membranes limitant la préspore se forme la paroi sporale puis apparaît rapidement le cortex dont la présence est caractéristique du stade IV.
. Aux stades V et VI, les tuniques sont élaborées et, après maturation, la cellule mère se lyse et libère la spore mature.

Au cours de la sporulation il peut y avoir synthèse de différentes substances : antibiotiques, toxines (entérotoxine de Clostridium perfringens) ou corps parasporal (Bacillus thuringiensis, Bacillus sphaericus...) contenant des toxines létales pour les insectes.

Placée dans des conditions favorables (eau, glucose, acides aminés) la spore va donner naissance à une nouvelle cellule végétative et on distingue trois stades dans ce processus de germination.

. L'activation est un stade souvent indispensable correspondant à une lésion des enveloppes sporales par des agents physiques ou chimiques. En l'absence de cette activation, même placées dans un environnement favorable, les spores sont incapables de germer. L'activation peut être provoquée par des agents mécaniques (choc, abrasion), des agents physiques (choc thermique) ou chimiques (lysozyme, acides...).
L'activation thermique est bien connue et mise à profit au cours de la tyndallisation. Cette technique ne peut être utilisée que lorsque les spores sont présentes dans un milieu apte à assurer leur germination. La tyndallisation consiste à chauffer trois fois le produit à stériliser. Le premier chauffage de 30 minutes à 60 °C tue les formes végétatives et induit la germination d'éventuelles spores. Le deuxième chauffage, effectué dans les mêmes conditions, tue les formes végétatives issues du premier chauffage et induit un choc thermique pour d'éventuelles spores résiduelles. Le troisième chauffage de 30 minutes à 60 °C détruit les formes végétatives issues du deuxième chauffage. La tyndallisation n'est mise en œuvre que pour des produits fragiles ne supportant pas ou mal une stérilisation classique (autoclavage à 120 °C, 2 atmosphères durant un minimum de 20 minutes ou passage au four à 170 °C durant un minimum de 90 minutes).

. L'initiation débute en présence de conditions favorables d'hydratation et en présence de métabolites effecteurs (alanine, adénosine, magnésium, ...) qui pénètrent à travers les enveloppes endommagées et déclenchent un processus autolytique. Des enzymes hydrolytiques dégradent de nombreux constituants de la spore et notamment le cortex qui libère le dipicolinate de calcium. Après l'élimination de la barrière corticale, la spore s'imbibe d'eau, se gonfle et perd ses propriétés de résistance.

. L'émergence d'une nouvelle cellule végétative comprenant le cytoplasme sporal entouré de la membrane et de la paroi est possible grâce à l'altération des enveloppes. La nouvelle cellule entre dans une phase active de biosynthèse et la croissance reprend graduellement.

La germination peut être inhibée par divers agents physiques ou chimiques. Ainsi, la germination des spores de Clostridium botulinum est entravée par le froid, les pH inférieurs à 4,5, des concentrations en nitrites supérieures à 150 ppm et des concentrations en NaCl supérieures à 10 p. cent.

Conséquences et applications

L'existence des spores a de nombreuses conséquences pratiques :

Diagnostic (présence ou absence, forme et emplacement dans la cellule, décontamination des prélèvements).

Stérilisation du matériel médical, chirurgical ou des milieux de culture.

Épidémiologie et prophylaxie :
L'épidémiologie des maladies bactériennes telles que le charbon bactéridien (Bacillus anthracis), le botulisme (Clostridium botulinum), le tétanos (Clostridium tetani), le charbon symptomatique (Clostridium septicum, Clostridium chauvoei), les gangrènes gazeuses (diverses espèces du genre Clostridium) etc. repose sur la spore qui survit dans le milieux extérieur et peut contaminer l'homme, les animaux, les aliments ou du matériel (y compris du matériel médical ou chirurgical).
L'impossibilité de détruire les spores dans le sol ou dans l'eau explique que la prophylaxie du charbon bactéridien, du tétanos, du charbon symptomatique, des gangrènes gazeuses soit avant tout une prophylaxie médicale.

Hygiène alimentaire :
. Altération des denrées (Bacillus stearothermophilus, Clostridium thermosaccharolyticum, Desulfotomaculum nigrificans, ...).
. Intoxinations ou toxi-infections alimentaires (Clostridium botulinum, souches de Clostridium perfringens productrices d'entérotoxines).
. En hygiène alimentaire, les barèmes de chauffage des conserves doivent permettre d'éliminer les risques de botulisme. Ils sont fonction de nombreux facteurs : pH, teneur en sel, teneur en nitrites, valeur de l'A_W, nature de la denrée, forme et volume des boîtes...

AVIS JURIDIQUE IMPORTANT : Les informations qui figurent sur ce site sont soumises à une clause de non responsabilité et sont protégées par un copyright.