J.P. Euzéby : Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire |
Dernière mise à jour le 04 mai 2007
BACILLUS
Voir aussi les fichiers
. Bacilli, Bacillales, Lactobacillales
. Bacillaceae
. Bacillus anthracis
. Bacillus cereus
. Systématique des espèces placées dans le "groupe Bacillus cereus"
. Hors texte : Principales conclusions de quelques travaux concernant la systématique des espèces du "groupe Bacillus cereus"
. Bacillus weihenstephanensis
. Paenibacillus
. Lysinibacillus sphaericus
Classification
Voir Bacillus in Classification of genera List A - C (List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature).
Systématique
Le genre Bacillus était extrêmement hétérogène tant sur le plan génétique (le G + C p. cent des diverses espèces varie de 32 à 69 !) que phénotypique (type respiratoire, métabolisme des sucres, composition de la paroi...). L’étude des ARNr 16S et 23S confirme cette hétérogénéité et montre que le genre Bacillus doit être scindé en plusieurs genres. Ainsi, en 1991, l'analyse des séquences des ARNr 16S de 51 espèces permettait à Ash et al. de caractériser cinq groupes phylogénétiques.
La réorganisation de ce genre a été initiée en 1992 par la création du genre Alicyclobacillus rassemblant 3 espèces acidophiles et thermophiles. Ultérieurement, ont été proposés et validement publiés plusieurs genres qui rassemblent au moins une espèce initialement incluse dans le genre Bacillus (voir Bacillus in List of Procaryotic Names with Standing in Nomenclature).
Le genre Bacillus est le genre type de la famille des ¤ Bacillaceae.
La liste des espèces constituant le genre Bacillus sensu stricto est donnée dans le fichier Bacillus in List of Procaryotic Names with Standing in Nomenclature.
Caractères bactériologiques
Les espèces du genre Bacillus sont des bacilles rectilignes (ou pratiquement rectilignes), à extrémités carrées ou arrondies, de taille variable (de 0,5 x 1,2 mm jusqu’à 2,5 x 10 mm), sporulés, à Gram positif ou à Gram variable (fréquemment, la coloration de Gram n’est positive que dans les très jeunes cultures), généralement mobiles grâce à une ciliature péritriche (¤ Bacillus anthracis et Bacillus mycoides sont immobiles et pour les espèces mobiles, la mobilité est variable selon les souches), parfois capsulés (¤ Bacillus anthracis, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium et Bacillus subtilis peuvent élaborer une capsule formée d’un polymère d’acide glutamique), aérobies ou aéro-anaérobies, le plus souvent catalase positive, donnant une réponse variable au test de l’oxydase.
La culture de ces germes peut s'avérer difficile car certaines espèces exigent de nombreux facteurs de croissance. L'aspect des colonies obtenues sur milieu gélosé est extrêmement variable et les phénomènes de dissociation sont fréquents.
. ¤ Bacillus anthracis, ¤ Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis et ¤ Bacillus weihenstephanensis donnent des colonies de grande taille (2 à 7 mm de diamètre), mates ou granuleuses et dont la forme est variable (circulaires ou non, à bords réguliers ou crénelés ou filamenteux).
. Bacillus mycoides et Bacillus pseudomycoides donnent des colonies rhizoïdes et adhérentes qui s'étalent sur l'ensemble de la gélose et recouvrent toute la surface du milieu en 48 heures.
. Les colonies de Bacillus licheniformis ont un aspect de lichen, elles sont sèches et adhérentes à la gélose.
. Bacillus subtilis produit des colonies de formes irrégulières (contours ondulés ou pouvant présenter des filaments), de consistance crémeuse et dont le diamètre est compris entre 2 et 4 mm. Dans les vieilles cultures, les colonies prennent un aspect sec, rugueux et elles s'incrustent dans la gélose.
. Bacillus circulans donne des colonies qui envahissent les milieux gélosés (essaimage).
. Les colonies des autres espèces isolées en bactériologie médicale (Bacillus coagulans, Bacillus megaterium, Bacillus pumilus) ne présentent pas de caractéristiques particulières.
. Certaines espèces ou certaines souches produisent des pigments lorsqu’elles sont cultivées sur des milieux particuliers (pigment rouge pour ¤ Bacillus cereus, pigment jaune pour Bacillus fastidiosus, pigment jaune, orange, brun ou rose pour Bacillus subtilis...).
Lorsque les conditions deviennent défavorables, les Bacillus sporulent et donnent des spores (une seule spore par cellule végétative) souvent très résistantes dans le milieu extérieur. Le phénomène de sporulation, contrairement à ce qui se produit pour les espèces du genre Clostridium , n'est pas inhibé par l'oxygène. La sporulation dépend des conditions de culture et, in vitro, certaines espèces ne sporulent que dans des milieux spéciaux.
Traditionnellement, les espèces du genre Bacillus sont réparties en 3 groupes selon la morphologie de la spore et du sporange :
. Le groupe I est constitué des bacilles à Gram positif, présentant une spore centrale ou terminale, sphérique ou ovoïde, ne déformant pas la cellule. Ce groupe est divisé en 2 sous-groupes : le groupe IA constitué des bacilles d’un diamètre supérieur à 1 mm et contenant des inclusions de poly-bêta-hydroxybutyrate (¤ Bacillus anthracis, ¤ Bacillus cereus, Bacillus megaterium, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus thuringiensis, ¤ Bacillus weihenstephanensis) ; et le groupe IB rassemblant des bacilles d’un diamètre inférieur à 1 mm et dépourvus d’inclusions de poly-bêta-hydroxybutyrate (Bacillus coagulans, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus pumilus...).
. Le groupe II est constitué des espèces à Gram variable, présentant une spore ovoïde, centrale ou terminale, déformante (Bacillus circulans, Bacillus stearothermophilus ...).
. Le groupe III est caractérisé par des bacilles à Gram variable et présentant une spore sphérique, déformante, terminale ou sub-terminale (Bacillus globisporus, Bacillus insolitus, ...).
Quelques espèces, dont Bacillus thuringiensis, sont aptes à synthétiser un cristal ou corps parasporal contenant des toxines létales pour les insectes. L’élaboration d’un corps parasporal n’est pas l’apanage du seul genre Bacillus puisque Lysinibacillus fusiformis, Lysinibacillus sphaericus, ¤ Paenibacillus popilliae, Brevibacillus laterosporus et certaines souches de ¤ Paenibacillus lentimorbus sont aptes à former de tels cristaux.
Habitat
Les Bacillus sont des germes de l'environnement dont l'habitat principal est le sol où ils joueraient un rôle dans les cycles du carbone et de l'azote. La résistance des spores et la diversité physiologique des formes végétatives en font des bactéries très ubiquistes que l’on peut isoler du sol, de l’eau de mer, de l’eau douce ou de denrées alimentaires.
La résistance des spores, constitue un problème majeur en médecine et l’épidémiologie de certaines infections repose sur la sporulation.
Dans le domaine industriel (industries agro-alimentaires, industries du médicament, production de matériel stérile à usage unique) se surajoutent au phénomène de résistance les problèmes posés par l’adhésion des spores. En effet, certaines espèces de Bacillus produisent des spores dont la surface est hydrophobe ce qui leur permet d’adhérer fortement à divers matériaux et de résister aux procédés de nettoyage. C’est le cas notamment des spores de ¤ Bacillus cereus qui s’attachent très bien aux surfaces en acier inoxydable et qui posent de graves problèmes dans les industries alimentaires. Les structures impliquées dans l’adhésion sont encore imparfaitement connues. Dans le cas de ¤ Bacillus cereus on implique la présence de filaments semblables à des pili, pour d’autres espèces telles que Bacillus licheniformis on fait jouer un rôle à des appendices très fins formant une sorte de feutrage autour de la spore.
Pouvoir pathogène
Homme et mammifères
Deux espèces ont un pouvoir pathogène indiscutable : ¤ Bacillus anthracis et ¤ Bacillus cereus.
D'autres espèces sont des pathogènes opportunistes notamment pour les individus débilités. Les Bacillus sont également fréquemment en cause dans les infections oculaires succédants à des traumatismes accidentels ou chirurgicaux. Les espèces le plus souvent incriminées sont ¤ Bacillus cereus, Bacillus licheniformis et Bacillus subtilis mais de nombreuses autres souches non identifiées (Bacillus sp.) sont également isolées. Ces infections oculaires se caractérisent par une évolution rapide conduisant à une panophtalmite répondant très mal aux traitements et nécessitant souvent une énucléation
- Bacillus licheniformis
Cette espèce est responsable, chez l'homme, d'infections oculaires et, plus rarement, de septicémies ou d'infections diverses. Une bactérie appelée Bacillus licheniformis variété Endoparasiticus et considérée comme une forme L (mutant dépourvu de paroi), a été décrite chez des patients immunodéprimés.
Bacillus licheniformis est également en cause dans des cas de toxi-infections alimentaires consécutives à l’ingestion de viandes cuisinées ou de végétaux contenant plus de 106 bactéries par gramme. La période d’incubation est de l’ordre de 8 heures et le principal signe de la maladie consiste en des vomissements qui dans 50 p. cent des cas s’accompagnent de diarrhées.
Bacillus licheniformis est régulièrement incriminé dans des cas d'avortements chez les ovins et les bovins, notamment quand les animaux sont nourris avec du foin de mauvaise qualité récolté après des étés pluvieux. La bactérie a été isolée en culture pure de lésions nécrotiques, hémorragiques ou suppurées du placenta et du vagin de la mère ainsi que du contenu stomacal, du sang, du foie, des poumons et des nœuds lymphatiques du fœtus.
Des cas de mammites aiguës, accompagnées de signes généraux ont permis l'isolement de souches de Bacillus licheniformis . Bien que les souches soient sensibles in vitro à la pénicilline et à la streptomycine, ces deux antibiotiques n'empêchent pas des récidives fréquentes.
Bacillus licheniformis est également présent dans le tube digestif des bovins à proximité de zones congestionnées, ulcérées ou œdémateuses sans que l'on sache s’il en est la cause.
- Bacillus pumilus
Bacillus pumilus peut être responsable de toxi-infections alimentaires consécutives à la consommation de pâtés, d’œufs, de fromage et de jus de fruits. Les symptômes consistent en des vomissements et de la diarrhée. Chez l’animal, Bacillus pumilus a été isolé de cas de mammites chez la vache.
- Bacillus subtilis
Bacillus subtilis a été isolé, chez l'homme, lors d'endocardites, de pneumonies, de bactériémies, de septicémies, d’infections oculaires... Il est responsable de quelques cas de toxi-infections alimentaires où il a pu être isolé en grand nombre (plus de un million par gramme) à partir des aliments suspects (viandes froides, pâtés, farces, pizza, pains complets...). Les symptômes, vomissements parfois sévères et diarrhées, apparaissent entre 15 minutes et 10 heures après l'ingestion (moyenne 2 à 5 heures) et persistent 2 à 8 heures.
Ce germe a été impliqué dans des avortements chez les ovins et, chez les bovins, il est l'agent de mammites aiguës, récidivantes malgré un traitement antibiotique (pénicilline par exemple) qui, au vu des résultats obtenus in vitro, aurait dû être efficace.
- Autres espèces
Bacillus circulans , Bacillus coagulans, Bacillus thuringiensis sont parfois isolés de plaies infectées, de cas de septicémie, d’endocardite, d’abcès... Bacillus coagulans a été isolé d'avortements chez les bovins et Bacillus thuringiensis de cas de mammites chez la vache.
Insectes
Plusieurs espèces ont un pouvoir pathogène pour les insectes. C'est notamment le cas de Bacillus thuringiensis qui est pathogène pour les lépidoptères, les coléoptères et les diptères. Cette espèce est d'ailleurs utilisée dans la lutte contre ces arthropodes : Bacillus thuringiensis sérovar Israelensis (lutte contre les anophèles, les Aedes et les vecteurs de l’onchocercose), Bacillus thuringiensis sérovar Kurstaki (lutte contre les lépidoptères), Bacillus thuringiensis sérovar Morrisoni (lutte contre les moustiques), etc.
Bacillus coagulans a été isolé de larves d’abeilles atteintes de la "maladie de la demi-lune" (cette maladie qui sévit en Nouvelle Zélande se caractérise par la présence de larves incurvées en demi-lune) mais l’affection n’a pas pu être reproduite expérimentalement. Les autres espèces retrouvées chez les abeilles ont été transférées dans le genre ¤ Paenibacillus.
Diagnostic bactériologique
L'isolement d'une souche de Bacillus peut être extrêmement fastidieux lorsque le prélèvement est plurimicrobien. Des milieux sélectifs n’ont été mis au point que pour quelques espèces (le milieu de Mossel, permettant le dénombrement de ¤ Bacillus cereus est le seul milieu commercialisé) et le chauffage de 10 minutes à 70 - 80 °C ne fournit pas toujours des résultats satisfaisants car la thermorésistance des spores est variable en fonction de l'environnement. De plus, il convient d'induire la germination ce qui nécessite souvent un choc thermique dont les paramètres (température, durée) varient avec les espèces.
Le diagnostic de genre repose sur la morphologie, l'affinité tinctoriale (parfois très difficile à déterminer puisque certaines espèces n'apparaissent à Gram positif que dans les cultures âgées de quelques heures), l'étude du type respiratoire et la mise en évidence d'une spore.
Comme le soulignent Logan et Turnbull, il est essentiel d'établir que les colonies suspectes sont bien constituées de bactéries à Gram positif (en cas de doute, un test au KOH** peut s'avérer utile), sporulées et capables de croître en aérobiose.
La sporulation est une caractéristique fondamentale, mais parfois très difficile à obtenir in vitro. Il convient d'utiliser des milieux de sporulation (souvent des géloses nutritives contenant du sulfate ou du chlorure de manganèse) et de laisser vieillir les cultures une dizaine de jours. Un examen au microscope à contraste de phase est la meilleure technique de mise en évidence des spores qui apparaissent alors brillantes et de formes régulières. Une alternative plus fastidieuse consiste à rechercher la présence de spores après une coloration au vert malachite***.
Le diagnostic d'espèce est délicat. En pratique, il se base sur l'aspect de la spore ce qui permet de classer la souche dans un des 3 groupes définis par Gordon et al. Dans un deuxième temps, le recours à la clé d’identification proposée par Smith et al. permet un diagnostic présomptif des espèces pouvant avoir un intérêt médical.
- Dans le groupe IA, ¤ Bacillus anthracis, ¤ Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis et ¤ Bacillus weihenstephanensis sont VP +, cultivent en anaérobiose ou à pH 5,7 ou en présence de 7 p. cent de NaCl, hydrolysent l’amidon et réduisent les nitrates. Ces quatre espèces possèdent des caractères bactériologiques très voisins ; pour un diagnostic différentiel, voir le tableau I.
- Dans le groupe IB :
. Bacillus licheniformis et Bacillus coagulans poussent sur une gélose à pH 6 ou en anaérobiose, ils sont VP + mais, Bacillus licheniformis est gélatinase + et cultive en présence de 7 p. cent de NaCl alors que des caractères inverses sont notés pour Bacillus coagulans.
. Bacillus subtilis et Bacillus pumilus cultivent sur une gélose à pH 6 mais pas en anaérobiose, ils sont VP + mais, contrairement à Bacillus pumilus, Bacillus subtilis réduit les nitrates et hydrolyse l’amidon.
D'autres clés d'identification ont été proposés. On peut citer celle de Reva et al. (2001) pour les espèces mésophiles, cultivant en aérobiose sur une gélose nutritive à pH 7.
Le diagnostic de quasi-certitude nécessite des techniques d’identification numérique (par exemple utilisation conjointe de plaques API 50 CH ou de kits Biolog et d’un logiciel d’identification), ou des systèmes d'identification automatisée (carte Bacillus pour le système bioMérieux Vitek) ou des analyses chimiotaxonomiques (étude des esters méthylés des acides gras, spectrométrie de masse après pyrolyse...).
Aussi, à l'exception de quelques espèces, l'identification d'une souche de Bacillus ne peut être réalisée que dans un laboratoire spécialisé.
Le diagnostic bactériologique pose également un problème d’interprétation. Les Bacillus ou leurs spores sont largement répandus dans le milieu extérieur et sont même présentes sur du matériel de prélèvement considéré comme stérile (notamment sur les tiges en bois des écouvillons) ou dans des solutions antiseptiques (alcool à 95). À l'exception de ¤ Bacillus anthracis, l'isolement d'une souche de Bacillus doit donc toujours faire l'objet d'une interprétation critique. Ainsi, le port de gants non stériles, par le personnel chargé de prélever le sang, l'utilisation de solutions alcooliques contaminées... peut conduire à l’isolement de souches de Bacillus sp. et faire conclure à tort à des bactériémies. Leur responsabilité dans une infection ne peut être établie que dans la mesure où ils ont été isolés, en culture pure ou en grand nombre, à plusieurs reprises chez un même individu.
Sensibilité aux antibiotiques
Si l'on excepte le cas de ¤ Bacillus anthracis , peu d'études ont été consacrées à la sensibilité des Bacillus aux agents antimicrobiens.
Les Bacillus sp. sont généralement sensibles à l'amoxicilline-acide clavulanique, à la gentamicine, à l'amikacine, à la kanamycine, aux fluoroquinolones, à la tétracycline, au chloramphénicol, à la rifampicine et à la vancomycine. Ils sont souvent résistants à la lincomycine, à la colistine et fréquemment à la fosfomycine.
La production de bêta-lactamases par de nombreuses souches limite l’intérêt de la pénicilline (sauf pour ¤ Bacillus anthracis dont le nombre de souches résistantes est faible) et des céphalosporines.
Orientation bibliographique
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* :
En 2003, Heyrman et al. proposent de transférer les deux espèces du genre Salibacillus (Salibacillus marismortui et Salibacillus salexigens) dans le genre Virgibacillus.
** : Test au KOH (technique décrite par Ryu en 1938) :
Le test au KOH peut être utilisé en cas de doute sur les résultats d'une coloration de Gram. Il se base sur le fait que la paroi des bactéries à Gram négatif est lysée par le KOH alors que la paroi des bactéries à Gram positif n'est pas détruite. Chez les bactéries à Gram négatif, la lyse de la paroi libère l'ADN qui formera une substance visqueuse au contact du KOH.
Le test se réalise de manière extrêmement simple et rapide. Les cultures à examiner doivent être âgées de moins de 48 heures. Avec une effilure de pipette Pasteur, on prélève un fragment de colonie bactérienne qui est placé dans deux gouttes d'une solution de KOH à 3 p. cent. Après avoir homogénéisé la culture dans le KOH durant 15 à 30 secondes, l'effilure de la pipette est retirée lentement du liquide. Lorsque la bactérie est à Gram négatif, il se forme un filament visqueux, bien visible si on a pris la précaution de lever la lame à hauteur des yeux. Pour une bactérie à Gram positif la formation de filaments n'est pas observée.
*** : Coloration des spores au vert malachite :
Après fixation à la chaleur ou à l'alcool flambé, recouvrir la lame durant 45 minutes avec une solution aqueuse de vert malachite à 10 p. cent.
Rincer à l'eau du robinet.
Recouvrir la lame durant 30 secondes avec une solution aqueuse de safranine à 0,5 p. cent.
Observer au grossissement 1000.
Les spores sont colorées en vert et les cellules bactériennes en rouge-rosé.