Streptocoques : présentes dans la flore intestinale ( participe à la

DIAGNOSTIQUER
Bernard a été pris de violents maux de ventre et vomissements en fin d’après midi. Ses parents ont
appelé le médecin de garde qui l’a ausculté et interrogé notamment sur ce qu’il avait mangé au
cours de la journée . Bernard lui confie qu’il n’ avait su résister au sandwich aux crevettes que lui
proposait un petit marchand à deux pas de la plage, sinon il avait pris le même repas que sa famille
qui est en plein forme et avaler quelques céréales au chocolat … » pas la peine d’aller chercher plus
loin… » s’exprime le médecin … « en cette saison estivale, j’ai un tel cas tous les deux jours… »
Quel est le diagnostic du médecin ? Faire une recherche sur internet pour apporter des précisions sur
la nature du mal , ses causes, les symptômes courants .
Les bactéries :
Salmonelle : cause des gastro-entérites, migraines , nausées
Staphylocoques ( dorés) : vomissements , diarrhées .
Streptocoques : présentes dans la flore intestinale ( participe à la digestion)
Listeria : des crampes ; de la diarrhée ;des maux de tête ;des symptômes semblables à ceux
de la grippe (par ex. des frissons, de la fatigue, des douleurs musculaires et articulaires
Bacille de Koch : tuberculose
Colibacille ( Escherichia Coli) : présente dans la flore intestinale .
Une bactérie a fait des ravages en Haïti en octobre , novembre :
Le choléra est une infection bactérienne de l'intestin grêle qui peut provoquer une diarrhée
aiguë et une déshydratation intense.
« Depuis plus d'un siècle, Haïti n'avait pas connu le choléra. Ce pays, l'un des plus pauvres du monde,
a été frappé brutalement en octobre et là où ne l'attendait pas …
L'épidémie d'Haïti résulte probablement de l'introduction par l'homme d'une souche de vibrion
cholérique provenant d'une source géographique éloignée", écrivent Chen-Shan Chin et ses collègues
américains.
« Une pandémie de choléra sévit actuellement au niveau mondial – la septième connue dans l'histoire
– est responsable annuellement, selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), de 3 millions à 5
millions de cas, qui provoquent de 100 000 à 300 000 décès… » Le monde 11/12/:2010
A ce jour l’épidémie a tué plus de 2000 personnes en Haïti
La découverte des bactéries :
A la suite d'une épidémie de peste à Rome en 1658, le jésuite allemand Athanasius Kircher (16021680) affirma avoir observé au microscope dans le sang des malades "une innombrable éclosion de
vers qui sont imperceptibles à l'œil", responsables selon lui de la peste. Ce n'était qu'une affirmation.
En revanche, Anton van Leeuwenhoek, le précurseur de la microscopie, décrivit et dessina en 1680
des bactéries présentes dans le tartre de ses dents ainsi que des levures de bière. Il est ainsi la
première personne au monde à avoir vraiment décrit des microbes.
Mais le véritable précurseur de la microbiologie fut l'abbé Lazzaro Spallanzani (1729-1799). Ce
savant fut le premier à cultiver des microbes en utilisant un milieu nutritif. Il faisait pousser des
microorganismes dans du jus de viande placé dans une bouteille. Il démontra à cette occasion que les
microbes ne poussent pas si le jus de viande a été bouilli et reste à l'abri de l'air. En revanche, si le
liquide vient en contact avec l'air, les microbes se développent. Il réfutait ainsi la théorie de la
génération spontanée tenue pour acquise à cette époque. Toutefois, la bataille de la génération
spontanée aura encore de beaux jours puisque Pasteur s'attellera à la même tâche un siècle plus tard.
Il faut d'ailleurs noter qu'il utilisera des techniques très semblables à celles mises en œuvre avant lui
par Spallanzani. Enfin, notre abbé, décidément très fécond, montra que les microbes se multiplient en
se divisant en deux, puis encore en deux. C'est la raison pour laquelle ils envahissent rapidement le
milieu de culture. (http://www.didier-pol.net/1MICROB.html)
Pasteur :
Pasteur avait beaucoup travaillé sur les fermentations. Il en avait identifié les agents, des levures
et des bactéries, ainsi que les microorganismes qui infectaient parfois les cuves des brasseurs. Il était
persuadé que certaines maladies contagieuses pouvaient être dues aussi à des microorganismes.
N'étant pas médecin, il ne voulait pas se lancer dans leur étude lorsque le ministère de l'agriculture
lui demanda d'étudier la pébrine, maladie contagieuse des vers à soie et péril économique. Après
avoir résolu ce problème, il s'attaqua à d'autres maladies contagieuses. Il découvrit alors les
microorganismes agents de diverses maladies aussi bien de l'Homme que des animaux (staphylocoque
des furoncles et de l'ostéomyélite, streptocoque de la fièvre puerpérale, cette maladie combattue par
les mesures d'antisepsie de Semmelweis, choléra des poules etc.). En étudiant le choléra des poules, il
découvre que l'injection d'une préparation vieillie du microbe protège les animaux contre l'infection.
Il appelle le phénomène "vaccination" en hommage à Edward Jenner (1749-1823). Ce dernier avait
découvert en 1798 que l'injection d'une préparation de vaccine, une forme de variole bénigne de la
vache, protège l'homme contre la variole humaine, très répandue à l'époque. Il faut noter que les
chinois avaient découvert ce phénomène des centaines d'années plus tôt.
Le 31 mai 1881, devant une foule de journalistes, de médecins et de vétérinaires, il injecte une culture
virulente de charbon à 48 moutons dont 24 ont reçu au préalable une préparation atténuée. 2 jours
plus tard, 22 des moutons non traités sont morts, 2 sont à l'agonie tandis que les 24 vaccinés restent
bien vivants. C'est l'enthousiasme car on pressent l'importance du phénomène en médecine humaine.
Toutefois, Pasteur craint de passer à l'expérimentation sur l'Homme dont il mesure le danger. De plus
le corps médical s'y oppose. Si un comité d'éthique avait existé à l'époque, il n'aurait jamais autorisé
de telles expériences ! Dans l'urgence, il va être conduit à le faire pour une maladie dont l'agent reste
inconnu : la rage. Pasteur avait déjà testé son vaccin sur des chiens lorsqu'on lui amena un enfant de
9 ans, Joseph Meister, mordu par un chien enragé. Il le vaccine (le temps d'incubation de la rage le
permet ce qui n'est pas le cas pour la plupart des autres maladies) et le sauve. 2490 personnes
recevront le vaccin au cours des quinze mois suivants. Pourtant, l'agent responsable restera invisible
jusqu'à la découverte des virus dans les années cinquante.... (http://www.didierpol.net/1MICROB.html)
Koch :
C’est le 24 mars 1882 que le médecin allemand Robert Koch a isolé le bacille de Koch (ou
Mycobacterium tuberculosis), la bactérie responsable de la tuberculose et qui cohabite avec les
humains depuis des millions d’années. Cette découverte lui a valu le prix Nobel de médecine ou
physiologie en 1905. La journée du 24 mars a d’ailleurs été déclarée Journée mondiale de la
tuberculose par l’Organisation mondiale de la Santé (OMS).
La tuberculose est une maladie contagieuse qui s’attaque habituellement aux poumons, mais parfois
aussi à d’autres parties du corps, comme les reins, les ganglions et les os. Autrefois, la tuberculose
était souvent mortelle et on lui donnait le nom de « consomption ». De nos jours, le traitement aux
antibiotiques permet d’en guérir.
Pour la plupart des personnes en bonne santé, le risque de contracter la tuberculose est faible. Elle
demeure néanmoins un grave problème de santé publique dans plusieurs régions du monde et tue de
2 à 3 millions de personnes par an. La tuberculose est la pathologie infectieuse qui provoque le plus
de décès au monde.
Qu’est-ce qu’une bactérie :
Les bactéries (procaryotes) sont des organismes
vivants unicellulaires, elles présentent une
structure cellulaire particulière : la structure
procaryote, qui est caractérisée par une absence
de noyau . Elles sont microscopiques, mesurant
pour la plupart d'entre elles entre 0,5 et 5
micromètres.
Elles sont constituées d’une paroi externe ,
d’une membrane cellulaire, d’un chromosome (
sans membrane l’isolant ) et d’un liquide
cytoplasmique
Certaines bactéries comportent aussi une ou
plusieurs flagelles, des sortes de poils externes qui lui permettent de se déplacer
Procaryote : On dit que cette cellule est procaryote parce que, à l'opposé de la cellule dite
"eucaryote", son chromosome n'est pas entouré d'une membrane..
Classification des bactéries : :
Il existe de nombreuses sortes de bactéries. On les différencie par leur forme, la composition de leur
paroi, la façon dont les bactéries de même espèce se regroupent entre elles, par le fait qu'elles
consomment ou non de l'oxygène et par la présence de certaines enzymes dans leur cytoplasme. Ainsi,
la bactérie la plus connue au monde, Escherichia Coli, est un coccobacille (en forme de rond ou d'un
court bâtonnet aux bouts ronds) à Gram- (caractère de sa membrane), qui reste seul ou se groupe par
deux en milieu favorable
Cocci : amas ( staphylocoques ), diplocoques ( pneumocoque, méningocoque ), chaînettes (
streptocoques ).
Bacilles : entérobactéries (
K.lebsiella, E.coli ), corynébactéries ( c.diphtérie ).
Formes spiralées : spirochètes ( tréponème ), autres ( mycoplasme, chlorydiae, mycobactérie,
Croissance bactérienne :
Les bactéries sont des organismes asexués : la
reproduction se fait par division cellulaire.
Une cellule donne naissance à deux cellules qui à
leur tour …On parle de reproduction binaire ( ou
de scissiparité )
Notre corps contient 10 fois plus de bactéries que de cellules et elles sont, le plus souvent, essentielles
à notre bonne santé.
Le virus :
D’une taille bien inférieure à celle des bactéries : quelques dizaine à quelques centaines de
nanomètres 10 −9 m . Le virus ne possède aucun moyen de locomotion, il ne peut se reproduire seul (
et doit utiliser le matériel génétique d’une cellule qu’il infecte pour se reproduire) . Il possède un
matériel génétique ( soit ARN, soit ADN mais jamais les deux )
L’Escherichia Coli se reproduit toutes les 20 minutes .
On note p n la population au bout de n périodes de reproduction.
Exprimer p n +1 en fonction de p n
A l’aide d’un tableur calculer le nombre de bactéries issues de la cellule mère au bout de 10, puis 24
heures.
Exprimer p n +1 en fonction de p n : on a
Exprimer p n en fonction de n.
Compléter le tableau suivant
n
pn
3
on a : p n = 2 n
6
4
p n +1 = 2 p n
12
24
36
72
32
Construire à l’aide du tableur la représentation graphique de la fonction p n = f (n) . Que semble
indiquer ce graphique.
Une croissance de ce type est dite « croissance exponentielle »
Exponentiel ….vient de « exposant »
… pn = 2 n
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1024
2048
4096
8192
18000000
16000000
14000000
12000000
10000000
Série1
8000000
6000000
4000000
2000000
0
0
5
10
15
20
25
30
Evolution ( idéale) de la population au cours de huit heures
La masse d’une bactérie est d’environ 7 × 10 −13 g . Quelle masse représente la descendance au bout
de 24 h, de 48 .
Au bout de 24h , la population est de 4,7 × 10 21 × 7 × 10 −13 g = 1170 tonnes
A titre de comparaison la masse terrestre 5,9 × 10 24 kg : en deux jours la masse de la population
bactérienne équivaut à 2500 fois la masse terrestre. !
Quels peuvent être les principaux facteurs limitant la croissance d’une colonie bactérienne ?
Exercice : ( adaptation sujet bac )
On étudie l’évolution de l’effectif d’une population de bactéries (estimé en milliers d’individus) en
fonction du temps (exprimé en heures). On commence les relevés à 15 h et on fait un relevé toutes les
heures.
On appelle n la durée, exprimée en heures, écoulée depuis 15 h.
On note u n , l’effectif de la population de bactéries, exprimé en milliers d’individus, relevé après n
heures. Ainsi u1 est l’effectif de la population de bactéries, exprimé en milliers d’individus, relevé à
16 h.
L’objectif de cet exercice est de réfléchir sur deux modèles qui essaient de décrire l’évolution de la
population observée.
Partie A
Les premiers relevés permettent de dresser le tableau suivant:
heure
n
un
u n +1 − u n
f(n)
15h
0
6,9
16h
1
8,1
1,2
17h
2
9,6
1,5
18h
3
11,1
1,5
19h
4
12,7
1,6
G
Reproduire ce tableau à l’aide d’un tableur, puis construire le « nuage de point » avec l’assistant
graphique . Que peut-on dire des points du nuage construit ? De quel type de croissance pourrait-on
parler ? que peut-on dire des variations u n +1 − u n
L’accroissement u n +1 − u n au cours de chaque heure est presque constant
14
12
10
8
Série1
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
Les points du nuage sont relativement bien alignés . on parle d’une croissance linéaire
N1
15h
0
6,9
16h
1
8,1
17h
2
9,6
G1
1
8.2
N2
18h
3
11,11
19h
4
12,7
Pour chacun de ces deux nuages compléter le tableau en
indiquant la moyenne des valeurs de chaque ligne dans la dernière colonne .
Soit G1 et G2 les points dont les coordonnées sont les valeurs moyennes trouvées.
On considère la fonction affine f dont la représentation graphique passe par G1 et G2 . Donner
l’expression de f en fonction de n. Compléter la dernière ligne du tableau.
f est une fonction affine , donc sa représentation est uen droite d’équation y = mx + p
y G 2 − y G1 11,9 − 8,2
=
≈ 1,5
xG 2 − xG1
3,5 − 1
on a 8,2 = 1,5 × 1 + p d’où p = 6,7
on a m =
La droite a pour équation y = 1,5 x + 6,7 ou f ( x ) = 1,5 x + 6,7
Construire la représentation graphique de f
G2
3.5
11.9
0
6,9
6,7
Nuage
Droite
1
8,1
8,2
2
9,6
9,7
3
11,1
11,2
4
12,7
12,7
Le nuage et la droite construite sont presque confondus,
La droite modélise très bien la croissance lorsque le temps écoulé reste petit
14
12
10
8
Série1
Série2
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
Quel est le nombre de bactéries que l’on peut prévoir à 7 h, le lendemain du jour où a commencé
l’étude, si on utilise ce modèle? Justifier .
Le lendemain matin à 7h , on a x =19 , en remplaçant x par 19 dans l’expression de f ( x ) , on a
f (16) = 1,5 × 16 + 6,7 = 31
En fait, les relevés effectués à partir dè 7 h, le lendemain du jour où a commencé l’étude, donnent des
valeurs sensiblement différentes des prévisions fournies par le modèle étudié précédemment comme
le montre le tableau ci-dessous:
heure
n
un
G(n)
7h
16
51
53,08
8h
17
62
60,29
9h
18
68
10h
19
79
68,50
Les valeurs de G(n) sont très proches de celles de u n
31 et 51 sont deux valeurs très différentes , le modèle linéaire ne convient plus .
77,81
90
80
70
60
50
Série1
40
Série2
30
20
10
0
0
5
10
15
20
Lorsque le temps écoulé est très petit les deux courbes sont très proches, masi ne le sont plus
du tout pour des valeurs importantes du temps écoulés .
A quel type de croissance peut faire penser cette seconde partie du graphique?
La seconde partie du graphique fait penser à une croissance de type exponentielle
On décide donc de modéliser différemment l’évolution du nombre de bactéries, ex primé en milliers
d’individus, après une durée de n heures, et de se servir pour ce la de la fonction G définie par G(n) =
6,9 × 1,136 n ., les valeurs des termes seront arrondies au dixième.
Compléter la feuille de calculs avec les valeurs de G(n). Construire un graphique . Que sembleindiquer ce dernier .
90
80
70
60
50
Série1
40
Série2
30
20
10
0
0
5
10
15
20
temps
Nb
bact/ml
temps
Nb
bact/ml
1
0,100
2
0,100
3
0,120
4
0,300
5
0,800
6
0,6300
7
18
8
50
*9
140
10
400
11
1110
12
3160
13
8900
14
22400
15
31600
16
31600
17
31600
18
31600
19
31600
20
28200
Construire le nuage de points associé . Quelles remarques peut-on faire ? Décomposer la croissance
bactérienne en plusieurs phases .
35000
30000
25000
20000
Série1
15000
10000
5000
0
0
5
10
15
20
25
1ere phase : croissance très faible , c’est la phase de latence
2ème phase : croissance très forte, c’est la phase de croissance exponentielle
3ème phase : : il n’y a plus de croissance , phase stationnaire .
4ème phase : la population diminue , phase de déclin
SOIGNER
Le médecin prescrivit à Bernard un traitement antibiotique qui
le remit sur pied en moins de deux jours…
« Pasteur disait que le hasard dans les découvertes scientifiques
ne sourit qu’à ceux qui y sont préparés. Ce fut le cas du
découvreur de la pénicilline, sir Alexander Fleming (18811955), professeur de bactériologie à l’hôpital Sainte Marie de
Londres, où il fit toute sa carrière… Le coup de chance évoqué
plus haut se produisit en 1927. De retour à son laboratoire
après des vacances, Fleming remarqua qu’une de ses boîtes de
culture contenant des staphylocoques avait été contaminée
accidentellement par une moisissure du genre Penicillium. Il
constata alors que la croissance des colonies de staphylocoques
était inhibée à proximité des colonies du champignon et comprit immédiatement l’intérêt potentiel de
sa découverte. Il identifia la moisissure comme Penicillium notatum et appela "pénicilline" la
substance inhibitrice. En 1929, conscient des potentialités de sa découverte, il écrivait :« La
pénicilline utilisée en doses massives n’est ni toxique ni irritante…elle peut constituer, par
applications ou en injections, un antiseptique efficace contre les microbes ».
Cependant, Fleming ne put isoler que de petites quantités de pénicilline grossièrement purifiée et ses
travaux n’eurent guère d’échos. La molécule de pénicilline est instable et fragile et elle est donc
difficile à purifier. Il l’utilisa dès lors pour éliminer les bactéries indésirables de ses boîtes de culture.
Ce n’est que dix ans plus tard, en 1939, que Ernst Boris Chain et Howard Walter Florey, qui avaient
déjà travaillé avec Fleming, se saisirent du problème. Ils réussirent à isoler des quantités
substantielles d’un sel sodique utilisable chez l’homme et, en 1941, cette pénicilline fut administrée à
un policier anglais atteint de septicémie. Les résultats furent spectaculaires… mais il n’y eut
malheureusement pas assez de produit pour venir à bout de l’infection et le malade finit par mourir.
La production industrielle fut mise au point aux États-Unis. On y mit en œuvre les méthodes de la
brasserie avec d’énormes cuves de fermentation servant à cultiver le Penicillium notatum pour
produire la pénicilline en quantités appréciables… les hôpitaux militaires américains reçurent leurs
premières doses. Les résultats furent spectaculaires, notamment chez les militaires blessés : à la fin de
la guerre, quelque 650 milliards d’unités de pénicilline étaient produites chaque mois permettant de
traiter des Fleming, Chain et Florey reçurent conjointement le prix Nobel de médecine en 1945 pour
leurs travaux sur la pénicilline. » ( On estime que cette seule découverte a augmenté de 15 ans
l’espérance de vie des hommes ! ) http://www.didier-pol.net/1antibio.htm .
Principe d’action d’un antibiotique :
Les antibiotiques sont classés en deux grandes
catégories :
-
-
les antibiotiques bactériostatiques : ils
empêchent le développement des
bactéries
les antibiotiques bactéricides qui les
détruisent.
Principe :
- Action sur la paroi bactérienne ( empêchent la
formation de nouvelles bactéries )
- Action sur la membrane cellulaire ( augmentent
la perméabilité , ce qui entraîne la perte de certains
substances vitales)
- Action sur l’ADN ( empêchent la réplication de
l’ADN en bloquant son dédoublement )
NON TRAITÉ
Exercice : 1) Une colonie de bactéries a une population de 2000bactéries et augmente de 40%/h .
Un antibiotique est administré toutes les trois heures et possède un facteur d’efficacité de 75 % (
cad que la prise de l’antibiotique détruit « immédiatement » 75% des bactéries .
Déterminer la taille de la population ayant résisté au terme de 3 h .
On administre alors une nouvelle dose d’antibiotique, déterminer la taille de la population ayant
résisté au bout de 6 h .
A l’aide d’un tableur effectuer une simulation de ce traitement. On considère qu’une personne
est guérie si la taille de la population devient inférieure à 50 . ce traitement est –il efficace ? Le
cas échéant, au bout de combien de cycles de traitement ?
2) Un second traitement est administré toutes les 6 heures avec un antibiotique dont le facteur
d’efficacité est de 90%. Déterminer la population bactérienne au bout de 72 h chez un individu
recevant ce traitement et pour lequel la population initiale s’élevait à 2000 bactéries .
3) Un troisième traitement est administré avec un antibiotique dont le facteur d’efficacité est de
99,5%. Déterminer la population bactérienne au bout de 72 h chez un individu recevant ce
traitement toutes les 24heures et pour lequel la population initiale s’élevait à 2000 bactéries. Que
peut-on penser de ce traitement ( une simulation avec le tableur est conseillée
En guise de conclusion : pour curieux …
La plupart des aliments renferment des bactéries. S’ils ne sont pas conservés adéquatement, les
bactéries se multiplient et les contaminent ( Les viandes, volailles, produits laitiers, poissons et
produits à base d'oeufs crus ou de viande sont des terrains privilégiés pour la prolifération
bactérienne s'ils sont préparés, transportés, entreposés ou conservés dans des conditions
inappropriées.
Une bonne conservation peut être assurée par :
Différents agents (température, rayonnements, conditions chimiques…)
Différentes techniques (stérilisation, congélation, lyophilisation…)
Contenant de l’aliment (forme, volume, matériau)
date limite
Le modèle de croissance deMalthus .
En 1796, William Pitt, premier ministre anglais proposa une loi aidant financièrement les familles
nombreuses afin d’améliorer leurs conditions de vie.
Malthus âgé d’en trentaine d’années publia en réponse « An essay on the principle of population » ,
livre dans lequel l’auteur remarque que la loi favorise l’accroissement de la population, mais non celle
de la production de nourriture ce qui confinera toujours une partie de la population dans la misère et
la famine et la laissera sujette aux épidémies car la population a toujours tendance à augmenter plus
vite que les ressources en, nourriture :
« le pouvoir multiplicateur de la population est infiniment plus grand que le pouvoir qu’a la terre de
produire subsistance de l’homme.
Si elle n ‘est pas freinée, la population s ‘accroît en progression géométrique. Les subsistances ne
s’accroissent qu’ progression arithmétique. Une connaissance élémentaire des nombres montrera
l’immensité du premier pouvoir de multiplication comparé au second.
Les effets de ces deux pouvoirs inégaux doivent être maintenus en équilibre par le moyen de cette loi
de notre nature qui fait de la nourriture une nécessité vitale pour l’homme. Ceci implique que, de la
difficulté de se nourrir, résulte un frein puissant, agissant constamment sur la population. Cette
difficulté existe forcément quelque part et doit nécessairement être cruellement ressentie par une
grande par de l’humanité. »
Quelques décennies plus tard , le belge Verhulst publia une Notice sur la loi que la population
poursuit son accroissement . Il écrit :
« On sait que le célèbre Malthus a établi comme principe que la population humaine tend à croître en
progression géométrique, de manière à se doubler après une certaine période, par exemple, tous les
vingt cinq ans. Cette proportion est incontestable, si l’on fait abstraction de la difficulté croissante de
se procurer des subsistances
L’accroissement virtuel de la population trouve donc une limite dans l’étendue et la fertilité du pays et
la population tend, par conséquent, de plus en plus à devenir stationnaire. »
Il proposait un modèle de croissance limitée dont on peut considérer qu’il s’applique également à
une population de bactéries ( limitation de la nourriture .. ). Ce modèle qu’il appela « logistique », est
illustré par le graphique ci-dessous : la ressemblance avec la courbe de croissance d’une colonie
bactérienne est manifeste ( si l’on omet la phase de déclin )
14,0000000
12,0000000
10,0000000
8,0000000
Série1
6,0000000
4,0000000
2,0000000
0,0000000
0
2
4
6
8
10
12
Courbe de croissance d’une population selon le modèle de Verhulst