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Les cellules sont les unités fondamentales de la vie, conservant toutes les propriétés clés :métabolisme, reproduction et homéostasie chimique. Ils sont divisés en procaryotes (bactéries et quelques organismes unicellulaires) et eucaryotes (plantes, champignons, animaux).
Les cellules procaryotes sont plus simples que les eucaryotes. Au minimum, ils contiennent une membrane plasmique, un cytoplasme et de l'ADN. Alors que les eucaryotes possèdent de nombreux organites, les cellules bactériennes s'appuient principalement sur ces composants centraux et ajoutent une paroi cellulaire unique.
Un seul organisme eucaryote peut contenir des milliards de cellules, alors que la plupart des bactéries sont unicellulaires. Les eucaryotes possèdent des organites liés à la membrane (noyau, mitochondries, chloroplastes, Golgi, ER, lysosomes), alors que les bactéries sont dépourvues de ces organites. Les deux groupes possèdent des ribosomes, essentiels à la synthèse des protéines; ils sont plus visibles chez les eucaryotes en raison de leur regroupement sur le RE rugueux.
Même si les bactéries ont évolué il y a environ 3,5 milliards d’années, bien avant les eucaryotes, cela ne signifie pas pour autant qu’elles sont simplement « primitives ». Leur simplicité confère en fait de la résilience; On s’attend à ce que les bactéries survivent à de nombreux organismes supérieurs lorsque les conditions de la Terre changent. De plus, les bactéries ont développé des mécanismes de survie sophistiqués qui surpassent souvent ceux des eucaryotes.
Les cellules bactériennes présentent trois formes principales :en forme de bâtonnet (bacilles), sphérique (cocci) et en spirale (spirochètes). La forme et les schémas de regroupement facilitent le diagnostic des infections :l'angine streptococcique provient de streptocoques ronds. , infections staphylococciques par Staphylocoques , le charbon provenant d'un gros bacille et la maladie de Lyme provenant d'un spirochète.
Contrairement aux virus, la plupart des bactéries vivent de manière indépendante et n’ont pas besoin d’autres organismes pour leur métabolisme ou leur reproduction. Les exceptions incluent les espèces intracellulaires obligatoires telles que les Rickettsiae. et Chlamydiae , qui doit résider à l'intérieur des cellules hôtes.
L'absence de noyau est une caractéristique des procaryotes. Leur ADN n'est pas lié à la membrane mais est compacté dans une région nucléoïde. Un génome bactérien s'étend sur environ 1 à 2 µm lorsqu'il est étiré, contre environ 1 mm pour un chromosome eucaryote typique, soit une différence de 500 à 1 000 fois. L'ADN eucaryote s'associe aux histones, tandis que l'ADN procaryote interagit avec les polyamines et les ions magnésium.
Les parois cellulaires bactériennes sont composées de peptidoglycane – un maillage de sucres polysaccharidiques et de liaisons peptidiques – qui assurent rigidité et protection. Cette structure ancre également les appendices de surface tels que les pili et les flagelles, qui s'étendent à travers le mur dans l'environnement.
Le peptidoglycane étant unique aux bactéries, il constitue une cible idéale pour les antibiotiques. Les pénicillines, les premiers antibiotiques largement utilisés, inhibent l'enzyme de réticulation des bactéries sensibles, compromettant ainsi l'intégrité de la paroi. Cependant, l'évolution bactérienne a produit des β-lactamases qui dégradent les pénicillines, alimentant une course aux armements continue entre les agents antimicrobiens et les microbes résistants.
Les flagelles sont des structures en forme de fouet qui permettent la motricité ; certaines bactéries ont un seul flagelle, d’autres en ont deux. Ils tournent comme des hélices, permettant aux bactéries de rechercher des nutriments, d'échapper aux toxines ou, dans le cas des cyanobactéries photosynthétiques, de se déplacer vers la lumière.
Les pili sont des projections ressemblant à des cheveux qui facilitent la fixation aux surfaces, y compris les tissus hôtes et les dents, essentielles à la colonisation et à l'infection. Conjugaison médiatrice pili spécialisée, le transfert direct d'ADN entre bactéries.
Les endospores sont des formes dormantes et très résistantes produites par les espèces de Bacillus et de Clostridium. Ils contiennent un génome complet et des enzymes métaboliques, enfermés dans une enveloppe robuste. Clostridium botulinum les endospores libèrent de la toxine botulique, une endotoxine puissante responsable du botulisme.
Les bactéries se reproduisent de manière asexuée par fission binaire, produisant deux cellules filles génétiquement identiques. Bien que ce procédé soit économe en énergie, il offre une diversité génétique limitée. Pour contrer cela, les bactéries emploient des mécanismes de transformation, de conjugaison et de transduction qui introduisent du nouveau matériel génétique et améliorent l'adaptabilité.
La transformation implique l'absorption d'ADN libre de l'environnement, soit naturellement, soit via une manipulation en laboratoire à l'aide de plasmides. La conjugaison transfère des plasmides ou des fragments chromosomiques à travers un pilus. La transduction utilise des bactériophages pour transporter l'ADN bactérien entre les hôtes.
Ces stratégies maintiennent la variation génétique, garantissant que les populations bactériennes peuvent survivre à de nouvelles menaces, telles que les antibiotiques ou les réponses immunitaires de l'hôte.
Comprendre la structure bactérienne et les stratégies génétiques éclaire non seulement la microbiologie, mais guide également le développement efficace d'antibiotiques et le contrôle des infections.