Culture et contrôle des micro-organismes

Qu'est-ce qu'un milieu de culture et quelles conditions (nutriments, température, pH, dioxygène) contrôle-t-on lors de la culture de bactéries au laboratoire ? Indiquer la différence entre un milieu solide et un milieu liquide.

Expliquer en quoi consiste la technique aseptique de travail au laboratoire de microbiologie et justifier le sens de deux pratiques concrètes : flamber l'anse d'ensemencement jusqu'au rouge et travailler près du bec Bunsen.

Les virus ne se développent pas sur des boîtes de gélose. Justifier pourquoi (que leur manque-t-il pour se multiplier par eux-mêmes ?) et indiquer quels systèmes les laboratoires utilisent pour les cultiver (cultures cellulaires, œufs embryonnés).

Le graphique représente la courbe de croissance d'une culture bactérienne en milieu fermé, avec ses quatre phases repérées par des numéros (1 à 4). Nommer chaque phase et expliquer ce qui se passe pour les nutriments et les déchets dans chacune.

Une bactérie se divise toutes les $20$ minutes. En partant de $1\,000$ cellules en phase exponentielle, calculer combien il y en aura au bout de deux heures (combien de générations cela représente-t-il ?). Ensuite, justifier pourquoi la croissance exponentielle ne peut pas se maintenir dans une culture en milieu fermé (quels facteurs la freinent ?).

Différencier stérilisation, désinfection et antisepsie, et donner pour chacune un exemple de situation où elle s'applique (bloc opératoire, plan de travail de cuisine, plaie superficielle).

Comparer l'efficacité de l'eau de Javel, de l'alcool à $70\ \%$ et du savon contre les bactéries et contre les virus enveloppés. Expliquer pourquoi l'alcool à $70\ \%$ désinfecte mieux que l'alcool presque pur (rôle de l'eau dans la dénaturation des protéines et dans la pénétration) et ce que fait exactement le savon à une enveloppe virale lipidique.

Citer quatre méthodes de contrôle microbien dans l'industrie agroalimentaire (pasteurisation, stérilisation UHT, réfrigération et congélation, salaison ou saumurage) et expliquer le principe sur lequel repose chacune (tue-t-elle, inhibe-t-elle ou freine-t-elle la croissance ?).

Expliquer en quoi consiste la pasteurisation (température et durée, par exemple $72\ \text{°C}$ pendant $15$ secondes), pourquoi elle ne stérilise pas l'aliment (qu'est-ce qui survit ?) et quelles maladies historiques elle a aidé à maîtriser dans le lait (tuberculose, brucellose).

Un bioréacteur industriel produit du yaourt, de la bière ou de l'insuline à grande échelle. Expliquer quels paramètres sont contrôlés en continu (température, pH, dioxygène dissous, agitation, mousse) et justifier ce qui arrive au produit si deux d'entre eux, au choix, sont déréglés.

Dans l'unité de stérilisation d'un hôpital, il faut traiter :

1) Des boîtes d'instruments chirurgicaux en acier inoxydable (forceps, écarteurs).

2) Des laparoscopes et des optiques endoscopiques comportant de la fibre de verre et des plastiques thermosensibles (température maximale tolérée : 55,0 °C).

3) Des seringues et des cathéters en plastique jetables, conditionnés en grandes quantités dans des boîtes en carton fermées.

1. a) Attribuer et justifier la méthode optimale pour chaque matériel parmi : autoclave à vapeur sous pression, chambre à gaz d'oxyde d'éthylène et rayonnement ionisant gamma, en détaillant pourquoi les méthodes écartées dans chaque cas seraient moins adaptées (elles abîmeraient le matériel, ne pénétreraient pas correctement ou seraient moins pratiques ou moins sûres).
2. b) Pendant un cycle d'autoclave (134,0 °C pendant 5 minutes), le thermomètre et le manomètre ont enregistré les valeurs prescrites et le ruban adhésif témoin externe a bien changé de couleur. Cependant, lors de l'incubation de l'indicateur biologique (ampoule contenant 10^6 endospores de Geobacillus stearothermophilus placée au centre de la charge) à 56,0 °C pendant 24 heures, le bouillon passe du violet au jaune et devient trouble.

Interpréter ce qui s'est passé, décider de façon argumentée si l'utilisation des instruments peut être autorisée et justifier pourquoi le contrôle biologique prévaut sur les contrôles physiques et chimiques.

Concevoir une expérience pour comparer l'efficacité de deux désinfectants contre une bactérie de la peau : boîtes, témoins, mesure des diamètres d'inhibition et critères pour conclure lequel est le plus efficace, en indiquant les variables que vous maintiendriez constantes.

Différencier un antibiotique bactéricide d'un antibiotique bactériostatique, donner un exemple de chaque type (pénicilline et tétracyclines) et expliquer ce qui arrive à la population bactérienne à l'arrêt de chacun.

Qu'est-ce qu'un antibiogramme et comment le réalise-t-on (disques d'antibiotique déposés sur la boîte ensemencée) ? Expliquer ce qu'il indique au médecin (sensible, intermédiaire, résistant) et pourquoi il ne faudrait pas prescrire d'antibiotique sans cette information lorsqu'il est possible de l'obtenir.

Expliquer, en appliquant la sélection naturelle, comment apparaît une population bactérienne résistante à un antibiotique lorsque le traitement est interrompu trop tôt, et pourquoi l'antibiotique ne « crée » pas la résistance.

De nombreux antibiotiques sont des produits naturels de bactéries du sol (streptomycètes). Expliquer quel avantage évolutif procure à son producteur la fabrication d'un antibiotique (guerre chimique pour les nutriments) et analyser pourquoi la découverte de nouveaux antibiotiques a ralenti ces dernières décennies.

Dans le service de réanimation d'un hôpital, une épidémie à Klebsiella pneumoniae résistante aux carbapénèmes est détectée ; elle touche quatre patients hospitalisés porteurs de cathéters veineux et sous ventilation mécanique.

1. a) Analyser la chaîne épidémiologique de l'épidémie : identifier la source probable, le mécanisme de transmission le plus plausible (véhicule et vecteur passif) et justifier quels facteurs physiologiques rendent ces patients particulièrement vulnérables.
2. b) Concevoir un plan d'action d'urgence avec des mesures de contrôle classées par ordre de priorité (isolement et barrières physiques, dépistage actif et désinfection des objets contaminés), en justifiant biologiquement pourquoi l'hygiène des mains entre les patients est plus déterminante pour freiner la transmission que la fumigation de l'environnement.
3. c) Évaluer de façon critique la proposition suivante : « Pour éradiquer l'épidémie à la racine, nous administrerons de la colistine à titre prophylactique à tous les patients hospitalisés en réanimation, qu'ils présentent ou non des symptômes. » Prédire les conséquences sélectives et évolutives de cette mesure à moyen terme.

Qu'est-ce que le transfert horizontal de gènes et en quoi se distingue-t-il de l'hérédité « verticale » des parents à la descendance ? Nommer ses trois mécanismes chez les bactéries.

Décrire les trois mécanismes de transfert horizontal de gènes chez les bactéries — conjugaison, transformation et transduction — en indiquant quel vecteur transporte l'ADN dans chaque cas et lequel intervient dans la diffusion des résistances.

Un patient atteint de mucoviscidose souffre d'une infection pulmonaire chronique due à une souche de Pseudomonas aeruginosa panrésistante (résistante à tous les antibiotiques disponibles). L'équipe médicale envisage un usage compassionnel de la phagothérapie.

1. a) Au laboratoire, deux types de bactériophages sont disponibles : le phage ΦA (strictement lytique) et le phage ΦB (phage lysogène ou tempéré). Justifier lequel des deux doit obligatoirement être choisi pour le traitement et quel risque clinique grave représenterait l'administration du phage lysogène.
2. b) Après administration d'une dose de phages lytiques par inhalation, la charge bactérienne dans les expectorations passe en 72 heures de 8,0 · 10^7 à 3,0 · 10^2 UFC/mL, tandis que le titre en phages augmente de 1,0 · 10^5 à 4,5 · 10^9 UFP/mL. Comparer cette cinétique à la pharmacocinétique d'un antibiotique chimique traditionnel et en déduire quel avantage présente le bactériophage en matière de dosage au niveau du foyer infectieux.
3. c) Au jour 14, la charge bactérienne du patient remonte à 6,0 · 10^6 UFC/mL. L'analyse montre que les bactéries survivantes ont perdu le récepteur membranaire OprM que le phage utilisait pour se fixer. Expliquer pourquoi un traitement conçu sous forme de « cocktail » de plusieurs phages ciblant des récepteurs cellulaires indépendants réduit au minimum le risque d'échec par rapport à l'utilisation d'une seule souche virale.