J.P. Euzéby : Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire |
Créé le 04 décembre 2003
BACILLUS CEREUS
Voir aussi les fichiers
. Bacillus
. Bacillus anthracis
. 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
Systématique
La nomenclature de Bacillus cereus est inscrite sur les Approved Lists of Bacterial Names. Au sein de cette espèce, on pouvait reconnaître des souches psychrotolérantes et des souches mésophiles. En 1998, Lechner et al. proposent de placer les souches psychrotolérantes dans une nouvelle espèce, ¤ Bacillus weihenstephanensis.
En 2001, Stenfors et al. montrent cependant que certaines souches psychrotolérantes appartiennent bien à l'espèce Bacillus cereus.
Les espèces Bacillus cereus, ¤ Bacillus anthracis, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus thuringiensis et ¤ Bacillus weihenstephanensis présentent des caractères phénotypiques proches et elles sont génétiquement apparentées si bien qu'elles sont souvent regroupées sous la dénomination de "Bacillus du groupe cereus". Il convient de remarquer que cette désignation est très mal choisie car l'épithète anthracis a priorité sur celle de cereus.
Pour des informations complémentaires voir les fichiers 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" et Bacillus weihenstephanensis.
Pour quelques renseignements concernant les relations entre les "Arthromitus sp." et Bacillus cereus, voir la note infrapaginale 1 dans le fichier Systématique des espèces placées dans le "groupe Bacillus cereus".
Caractères bactériologiques
Outre les caractères généraux du genre ¤ Bacillus, les souches de Bacillus cereus sont constituées de bacilles à Gram positif ou à Gram variable, aux extrémités arrondies, généralement mobiles grâce à une ciliature péritriche, d'une longueur supérieure à 3 µm et d'un diamètre moyen de 1,4 µm, souvent groupés en chaînes, formant des spores non déformantes, ovales (ou parfois cylindriques), en position subterminale (ou parfois en position paracentrale), dépourvus de corps parasporal, aéro-anaérobies, catalase positive.
L'étude antigénique des flagelles avait permis à Lemille et al. de décrire 17 sérovars dont le sérovar 3 était divisé en sous-facteurs 3a, 3b et 3c. Par la suite d'autres antigènes H ont été caractérisés et ont permis de décrire 42 sérovars dont 23 ont été retrouvés associés à des infections ou des toxi-infections. De nombreuses réactivités antigéniques croisées ont été mises en évidence entre Bacillus cereus et Bacillus thuringiensis.
Les spores ont la structure classique des endospores bactériennes des bacilles à Gram positif mais elles peuvent présenter en surface de longs filaments dont la structure évoque celles des pili. Les spores possèdent des spécificités antigéniques permettant de différencier les souches. Toutefois, il existe des réactions croisées entre Bacillus cereus, ¤ Bacillus anthracis et Bacillus thuringiensis.
La résistance des spores et notamment leur thermorésistance est très variable selon les souches et les conditions expérimentales. Les spores les plus thermosensibles ont un D90 inférieur à 1 minute et les plus thermorésistantes ont un D130 de l'ordre de 0,3 minute (la valeur D est le temps de réduction décimale, c'est à dire le temps requis pour tuer 90 p. cent des micro-organismes ou des spores dans un échantillon à une température donnée exprimée en °C).
Certaines souches de Bacillus cereus et notamment les souches associées à des infections ou à des toxi-infections possèdent une couche S (S-layer) qui recouvre la totalité de la paroi.
Les caractères bactériologiques obtenus par Priest et al. (1988) ou cités par Claus et Berkeley ou par Logan et Turnbull sont les suivants :
. Caractères positifs pour 90 p. cent des souches ou plus : réduction des nitrates (dans d'autres études jusqu'à 13 p. cent des souches ne réduisent pas les nitrates), test au rouge de méthyl, production d'acétoïne (dans d'autres études jusqu'à 42 p. cent des souches donnent un résultat négatif au test VP), production de phosphatase, dégradation de la lécithine, dégradation de l'esculine, dégradation de l'arbutine, dégradation de la caséine, dégradation de la gélatine, dégradation de la tyrosine, dégradation de l'ADN, dégradation de l'ARN, dégradation du pullulane, hydrolyse du Tween 20, hydrolyse du Tween 80, acidification (sans gaz) du glucose, du glycérol, du maltose, de la salicine et du tréhalose, assimilation du citrate et du formate.
. Caractères négatifs pour 90 p. cent des souches ou plus : production d'indole, dégradation de l'adénine, dégradation de l'élastine, dégradation de l'hippurate, dégradation de la pectine, acidification de l'adonitol, de l'arabinose, du dulcitol, de l'érythritol, du galactose, du m-inositol, de l'inuline, du lactose, du mannitol, du raffinose, du rhamnose, du sorbitol et du xylose, assimilation du malonate.
. Caractères variables selon les souches : oxydase, uréase, ONPG, ADH, dégradation de la chitine, dégradation de l'amidon, dégradation de la tyrosine, acidification du cellobiose, du fructose, du glycogène, du mannose et du saccharose, assimilation de l'acétate, du citrate, du gluconate, du lactate et du succinate.
Les résultats de l'acidification des sucres (galeries API 50 CHB), rapportés par Te Giffel et al. et portant sur 1427 souches, corroborent généralement les résultats présentés ci-dessus et les résultats obtenus par Logan et Berkeley (voir tableau I).
. Aucune souche ne fermente l'adonitol, l'arabinose, l'arabitol, le dulcitol, l'érythritol, le fucose, le 2-cétogluconate, le 5-cétogluconate, l'alpha-méthyl-D-glucoside, l'inositol, l'inuline, le lyxose, le mannitol, l'alpha-méthyl-D-mannoside, le mélézitose, le mélibiose, le raffinose, le rhamnose, le tagatose, le turanose, le sorbitol, le sorbose, le xylitol, le xylose et le bêta-méthyl-D-xyloside.
. Plus de 90 p. cent des souches fermentent l'arbutine, l'esculine, le fructose, la N-acétyl-glucosamine, le glucose, le maltose, le ribose, la salicine et le tréhalose.
. L'acidification des autres substrats est variable selon les souches.
. Te Giffel et al. notent que l'acidification du lactose est variable selon l'origine des souches. Jusqu'à 20 p. cent des souches isolées de produits laitiers pasteurisés et conservés au froid utilisent le lactose alors que moins de 1 p. cent des souches isolées d'autres origines sont capables d'utiliser le lactose. Pour ces auteurs, il se produirait soit une sélection soit une adaptation des souches lors de la transformation, de la distribution et du stockage.
Les souches produisant du céréulide (Cf. infra) sont généralement incapables d'hydrolyser l'amidon et de fermenter la salicine.
Aucune croissance n'est obtenue à pH 4,5 et pour des températures de 50 °C ou de 60 °C. Par contre, une croissance est observée pour des températures comprises entre 10 et 43 °C (certaines souches peuvent cultiver à 7 voire même à 4 °C) et pour des pH compris entre 6,0 et 9,5.
Les colonies ont un diamètre compris entre 2 et 7 mm, elles sont soit circulaires soit de forme irrégulière avec des bords ondulés, crénelés ou filamenteux, leur aspect est crémeux et lisse ou mat ou granuleux. Sur gélose au sang de mouton, elles sont hémolytiques.
Habitat et pouvoir pathogène
Très largement répandu dans la nature, Bacillus cereus se comporte comme un pathogène opportuniste et cette espèce est également responsable de toxi-infections alimentaires. La présence de spores de Bacillus cereus pose de sérieux problèmes dans les industries agro-alimentaires (notamment les industries laitières) car non seulement elles sont résistantes à la chaleur mais elles ont la capacité d’adhérer fortement à de nombreuses surfaces y compris l’acier inoxydable. Cette adhésion est liée à l'hydrophobicité de la surface des spores et à la présence de filaments. De ce fait, les spores sont très difficiles à éliminer des tuyaux, des canalisations, des réservoirs... D'après Rönner et Husmark (cités par Andersson et al.), les procédés de nettoyage classique ne permettent d'éliminer que 40 p. cent des spores.
Bacillus cereus est également un contaminant des drogues (héroïne) et de médicaments tels que les topiques qui peuvent alors contaminer des plaies.
Infections à Bacillus cereus
Chez l'homme on note principalement :
. Des infections oculaires qui, par ordre décroissant de fréquence, consistent en des conjonctivites, des panophtalmies (souvent fulgurantes et conduisant toujours à une diminution de la vision), des kératites, des iridocyclites, des dacryocystites et des abcès orbitaires. Le germe pénètre généralement à la suite d’un traumatisme mais des cas d’infections résultants de lentilles nettoyées avec une solution contaminée a également été rapportée.
. Des infections respiratoires (dont des pneumonies nécrosantes, des pleurésies, des abcès...).
. Des infections du système nerveux central (méningites, encéphalites, abcès...).
. Des bactériémies, des septicémies, des endocardites et exceptionnellement des péricardites.
. Des abcès et des gangrènes nécrotiques entraînant parfois l'amputation.
. Des ostéomyélites.
. Des surinfections des plaies.
. Des arthrites et des infections des prothèses articulaires.
. Des infections génitales chez la femme.
Chez l'animal, ce sont les avortements et les mammites qui dominent.
. Les avortements se produisent chez les ovins et les bovins et la bactérie peut être isolée en culture pure à partir du placenta ainsi qu'à partir du contenu stomacal, du foie, de la rate, des reins et des poumons du fœtus.
. Les mammites dont l'origine est souvent liée à l'introduction dans la mamelle de médicaments contaminés, sont observées chez les ruminants. Elles ont une gravité variable pouvant aller jusqu'à la mammite gangreneuse mortelle. Très fréquemment elles conduisent à une fibrose à l'origine d'une diminution persistante de la production lactée.
Toxi-infections à Bacillus cereus
Les toxi-infections à Bacillus cereus ont une fréquence certainement sous estimée car elles sont généralement peu graves. Dans certains pays, comme la Norvège, elles constituent cependant la cause la plus fréquente des toxi-infections alimentaires. En France, pour l'année 1998, 7 foyers de TIAC (toxi-infections alimentaires collectives) à Bacillus cereus ont été déclarés aux DDASS ou aux DSV. Sur les 92 cas observés, 15 malades on été hospitalisés et quatre individus sont décédés. Pour les années 1999 et 2000, 15 foyers ont été identifiés et, en 2001, le nombre de foyers enregistrés était de 8.
Ces toxi-infections succèdent à l'ingestion d'aliments abandonnés plusieurs heures à température ambiante après leur préparation et ayant permis une forte prolifération bactérienne (on retrouve classiquement plus de 105 unités formant colonie par gramme d’aliment et ce nombre peut atteindre 5 x 1010). Les spores ne sont pas spécialement thermorésistantes mais certaines souches produisent des spores plus résistantes et la présence de matière grasse semble avoir un effet protecteur. Ces toxi-infections, également décrites chez le chien, sévissent sous deux formes : une forme gastro-entéritique et une forme émétique. Certains malades présentent simultanément les symptômes des deux formes cliniques.
Les aliments incriminés sont très divers : potages, riz cuisinés, nouilles, légumes (purée d’épinards, carottes râpées, salades de lentilles, salades de tomates...) purées de pomme de terre, aliments déshydratés (poivre, poudre d'œufs, curry en poudre...), produits laitiers, lait en poudre, laits pour enfants, crèmes pâtissières, crèmes glacées, pain, cookies, viandes de dinde, viandes de porc, viandes de bœuf, viandes en sauce, œufs, crevettes, homards...
La forme gastro-entéritique est la plus fréquente en Europe et en Amérique du Nord. Après une incubation supérieure à 6 heures (généralement de l’ordre de 8 à 16 heures mais pouvant atteindre plus de 24 heures), elle se traduit par des crampes abdominales, de la diarrhée et du ténesme alors que les vomissements et la fièvre sont rares (toutefois, lors d’une toxi-infection alimentaire collective, 23 p. cent des malades ont présenté un épisode fébrile). La guérison intervient généralement en 12 à 24 heures, mais certains malades présentent des symptômes évoluant sur plusieurs jours et pouvant nécessiter une hospitalisation. Les complications sont rares toutefois, quelques souches colonisent l’intestin grêle et provoquent des formes graves parfois mortelles.
La forme gastro-entéritique ne semble pas résulter de l'ingestion de toxines préformées car les toxines en cause (notamment les toxines HBL, NHE et CytK) sont fragiles et sensibles aux protéases du tube digestif. Il est donc probable que les toxines responsables des formes gastro-entéritiques soient plutôt produites dans le tube digestif après multiplication de la bactérie. Toutefois, cela ne signifie pas que ces toxines ne sont pas produites dans les aliments et la production d’entérotoxines dans les denrées alimentaires semble possible.
D’un point de vue épidémiologique, les souches des sérovars H 1, 2, 6, 10, 12 et 19 sont le plus souvent impliquées.
Dans la forme émétique, l’incubation est de 1 à 5 heures et les principaux symptômes qui persistent 6 à 24 heures consistent en des nausées, des vomissements et parfois une diarrhée. Cette forme résulte presque toujours de l’ingestion de riz cuisiné ou plus rarement de pâtes et de produits laitiers (lait en poudre). Dans tous les cas, les denrées alimentaires ont été abandonnées à température ambiante avant leur consommation ou leur utilisation dans la confection de plats (riz frit).
La pathogénie fait intervenir l’ingestion d’une toxine préformée. Les souches les plus fréquemment en cause portent les antigènes flagellaires 1, 3, 5, 8, 12 et 19.
Des souches de Bacillus cereus sont également présentes dans le lait cru, dans le lait pasteurisé, dans la crème et dans divers aliments à base de dérivés du lait comme les crèmes glacées. Un pourcentage important de ces souches sont psychotropes et sont capables de cultiver à des températures de l’ordre de 7 °C. De tels caractères phénotypiques ne permettent pas de différencier ces souches de ¤ Bacillus weihenstephanensis et il est probable que certaines de ces souches appartiennent à l'espèce ¤ Bacillus weihenstephanensis.
Ces souches sont responsables d’altérations (pas toujours très visibles dans les desserts lactés) et elles sont éventuellement aptes à produire de la toxine à des températures comprises entre 4 et 21 °C. Toutefois, un taux significatif de toxines n’est produit que lorsque le nombre de germes excède 107/mL. Dans les desserts lactés riches en sucre et/ou à pH acide, la production de toxine est inhibée. Ces faits expliquent en grande partie la rareté des toxi-infections à Bacillus cereus liées à la consommation de produits laitiers conditionnés et stockés dans des conditions d’hygiène convenable.
Facteurs de pathogénicité
Adhésion et résistance à la phagocytose
La structure des spores (Cf. supra) permet leur adhésion aux cellules épithéliales ce qui selon Andersson et al. constitue un facteur de virulence non négligeable.
La couche S est également impliquée dans l'adhésion au collagène, à la laminine et à la fibronectine. Elle jouerait également un rôle dans la résistance à la phagocytose par les granulocytes neutrophiles.
Synthèse de toxines
Les souches de Bacillus cereus peuvent produire de nombreuses toxines. Il est classique de distinguer les phospholipases, les hémolysines, les entérotoxines, la toxine responsable du syndrome émétique ou céréulide et les protéases. Cette classification est cependant arbitraire car une même toxine peut avoir différentes activités. Ainsi, la sphingomyélinase est une phospholipase douée d'un pouvoir hémolytique, l'entérotoxine HBL est hémolytique...
Phospholipases
Les phospholipases C sont au nombre de trois. Elles provoquent une lyse cellulaire grâce à une activité enzymatique et non par la formation de pores. Elles provoquent une libération des enzymes lysosomales des granulocytes neutrophiles et elles sont impliquées dans les altérations tissulaires notamment après contamination des plaies et lors des infections oculaires. Les phospholipases permettraient également à la bactérie de résister à la phagocytose.
. La sphingomyélinase (SM-PLC ; PLC pour phospholipase C) est une métallo-enzyme (Mg++) thermostable, d’un poids moléculaire de 34 kDa et constituée de 306 acides aminés. Cette toxine, codée par le gène cerB, clive spécifiquement les sphingolipides et elle possède une activité hémolytique particulièrement nette sur les érythrocytes riches en sphingomyéline comme les hématies de mouton ou de lapin.
. La phosphatidylinositol phospholipase (PI-PLC) hydrolyse spécifiquement le phosphatidylinositol et les phosphatidylinositols glycanes qui sont des composants structuraux des membranes. Cette protéine est codée par le gène plcA, elle a un poids moléculaire de 34 kDa et elle est constituée de 298 acides aminés.
. La phosphatidylcholine phospholipase (PC-PLC), codée par le gène plcB (ou cerA), hydrolyse la phosphatidylcholine, la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylsérine. Elle est constituée de 245 acides aminés et son poids moléculaire est de 27 kDa. Son activité nécessite la présence d’ions Zn++ ou d’ions Ca++.
Hémolysines
. La céréolysine O ou hémolysine I, codée par le gène clo, est une toxine comparable à la streptolysine O. Elle est activée par les groupements thiols, elle est responsable des propriété hémolytiques du germe et elle est létale pour la souris. Cette protéine est thermolabile, inhibée par le cholestérol, sensible à l’oxydation mais résistante à la protéolyse.
. La céréolysine AB est en fait un complexe formé par la SM-PLC et la PC-PLC.
. L’hémolysine II, codée par le gène hem2, a un poids moléculaire d’environ 45 kDa, elle est thermolabile, très sensible aux enzymes protéolytiques mais non inhibée par le cholestérol. L'hémolysine II appartient à la famille des "bêta-barrel pore-forming toxins"*.
. La cytotoxine K, codée par le gène cytK, a été isolée en 1998 d'une souche de Bacillus cereus ayant provoqué une toxi-infection alimentaire (3 décès) dans une maison de retraite française. Cette toxine de 34 kDa appartient également à la famille des "bêta-barrel pore-forming toxins". Elle est dermonécrotique et fortement hémolytique vis-à-vis des hématies de bovins et de lapins. Elle est également toxique pour les cellules de l'épithélium intestinal et pour les cellules Vero.
. L'hémolysine III, codée parle gène hemIII, est encore mal caractérisée. Elle aurait un poids moléculaire de 24,4 kDa et elle agirait en formant des pores membranaires de 3 à 3,5 nm de diamètre.
Entérotoxines
. L'entérotoxine la mieux caractérisée est la toxine HBL (H pour hémolysine, B pour binding component et L pour lytic component). Cette toxine est constituée d'une partie responsable de l'attachement (B d'un poids moléculaire 38 000) et de deux composés lytiques, L1 (poids moléculaire 38 5000) et L2 (poids moléculaire 43 200). La synthèse de HBL est sous la dépendance d'un opéron composé de quatre gènes : hblC (codant le composant L2), hblD (codant le composant L1), hblA (codant pour B) et hblB dont la fonction est inconnue. Cette toxine est hémolytique, dermonécrotique, elle augmente la perméabilité des capillaires et elle provoque une accumulation de liquide lorsqu'elle est administrée dans une anse intestinale ligaturée de lapin.
La toxine HBL aurait un rôle prépondérant dans la pathogénie des diarrhées.
. La toxine NHE (Non-Haemolytic Enterotoxin) est constituée d'un composant NheA similaire au composant L2 de la toxine HBL et codé par le gène nheA, d'un composant NheB similaire au composant L1 et codé par le gène nheB. L'opéron nhe porte également le gène nheC qui pourrait coder pour une protéine similaire au composant B de la toxine HBL. La toxine NHE est aussi cytotoxique que la toxine HBL, mais elle est non hémolytique.
. La toxine BceT, codée par le gène bceT, a un poids moléculaire de 41 000. Elle est cytotoxique pour les cellules Vero, elle augmente la perméabilité capillaire, elle provoque une accumulation de liquide lorsqu'elle est administrée dans une anse intestinale de souris ligaturée, mais elle n'est pas hémolytique. Cette toxine est dépourvue de séquence signal et elle n'est libérée qu'après une lyse des cellules bactériennes.
. La toxine caractérisée par Shinagawa et al. est une toxine constituée d'une seule sous-unité d'un poids moléculaire de 45 kDa. Cette toxine semble identique à la toxine EntFM décrite par Asano et al. chez la souche FM1. Elle est inactivée par la trypsine, la pepsine, les pH acides et elle est thermolabile. Son pouvoir entérotoxique n'a cependant pas été démontré.
Toxine responsable du syndrome émétique
La toxine responsable du syndrome émétique ou céréulide est restée mal connue durant longtemps car les seuls tests permettant d’apprécier son activité biologique consistaient à la faire ingérer à des singes (Macaccus rhesus) ou à l'injecter par voie intrapéritonéale à des musaraignes (Suncus murinus). La toxine émétique provoque une perte de mobilité des spermatozoïdes de verrats, des modifications morphologiques des cellules Vero et CHO et la formation de vacuoles dans les cellules HEp-2 et HeLa. Ces vacuoles correspondent en fait à un gonflement des mitochondries.
Le céréulide est un dodecadepsipeptide** cyclique [(D-O-Leu-D-Ala-L-O-Val-L-Val)3] de structure semblable à la valinomycine produite par Streptomyces griseus. Comme la valinomycine, le céréulide agit en provoquant la formation d'un canal ionophore au travers de la membrane des mitochondries ce qui bloque la phosphorylation oxydative. Le céréulide stimule le nerf vague ou pneumogastrique, il inhibe l'oxydation des acides gras par les mitochondries du foie, il provoque des lésions réversibles du foie et il est toxique pour les cellules NK (Natural Killer, cellules tueuses naturelles). Sa synthèse ne résulte pas de l'expression d'un gène et elle serait le résultat de l'assemblage enzymatique de sous-unités produites dans les substrats permettant la croissance bactérienne.
Le céréulide est thermostable (il résiste plus de 30 minutes à 121 °C), résistant à la protéolyse (insensibilité à la trypsine et à la pepsine), stable à des pH compris entre 2 et 11, produit exclusivement par des souches isolées du riz, des pâtes et parfois de lait en poudre, synthétisé entre 25 et 30 °C mais pas à 40 °C.
Les vomissements apparaissent peu de temps après l'ingestion d'un aliment contaminé et il est probable que le céréulide responsable des signes cliniques soit produit dans l'aliment avant la sporulation bactérienne. Compte tenu de sa résistance, la toxine émétique n'est détruite ni par la cuisson ni par les enzymes digestives.
Protéases
Bacillus cereus synthétise de nombreuses protéases dont une protéase neutre. Celle ci est une métalloprotéase dont l'activité nécessite du Zn++. Son activité s'exerce vis-à-vis de l'hémoglobine, de la caséine et de l'albumine.
À partir de surnageants de culture de la souche Soc 67, Makinen et Makinen ont isolé une enzyme dégradant le collagène soluble et insoluble ainsi que la gélatine. Cette enzyme est apparentée à la collagénase de Clostridium histolyticum, son fonctionnement nécessite du zinc et son activité est légèrement stimulée par le calcium.
Régulation génétique
(La rédaction de ce chapitre a fait largement appel aux données de la publication de Slamti et al. 2003. Le lecteur intéressé par la régulation génétique trouvera de nombreux complément d'information dans cette publication.)
Les premiers travaux portant sur l'expression des gènes codant pour les toxines ont montré que la transcription du gène plcA nécessitait la présence d'une protéine de 34 kDa dont la partie amino-terminale comporte un domaine lui permettant d'interagir avec l'ADN. Cette protéine, codée par le gène plcR, a été dénommée PlcR pour Phospolipase C Regulator. Par la suite, on a montré que la protéine (ou régulon) PlcR régulait la transcription de nombreux gènes (environ 74) dont les gènes plcB (phosphatidylinositol phospholipase), cerB (sphingomyélinase), l'opéron hbl (entérotoxine HBL), l'opéron nhe (entérotoxine NHE), le gène cytK (cytotoxine K) et le gène clo (céréolysine O). Chaque région promotrice des gènes régulés par le régulon PlcR possède une courte séquence fortement conservée, appelée boîte PlcR, qui constituerait la cible reconnue par la protéine PlcR.
L'activation du gène plcR est sous la dépendance d'un peptide appelé PapR (Peptide activating PlcR). Le peptide PapR est codé par le gène papR sous la forme d'un précurseur de 48 acides aminés possédant la séquence signal caractéristique des peptides excrétés. Dans le milieu extracellulaire, PapR se présente sous la forme d'un peptide de 24 acides aminés qui subit des phénomènes de maturation pour donner naissance à des pentapeptides. Ces pentapeptides s'assemblent sous la forme de pentamères et sont réimportés dans la cellule grâce à un système de perméation d'oligopeptides. Dans la cellule, le pentapeptide s'unit à la protéine PlcR et permet à cette dernière de se fixer sur la boîte PlcR située en amont du gène plcR. Cette fixation active la transcription de plcR et conduit à la synthèse de la protéine PlcR qui à son tour va permettre l'expression d'autres gènes.
Ce modèle suppose que de faibles quantités de protéines PlcR et de peptides PapR soient synthétisées pendant les premières phases de la croissance bactérienne et que de faibles quantités de pentapeptides soient présentes dans le milieu extracellulaire. En fin de croissance exponentielle, les quantités de pentapeptides extracellulaires sont importantes et ils sont réimportés dans les cellules ce qui va déclencher l'expression du régulon PlcR et l'activation des gènes qu'il contrôle. Ce système de régulation est sous la dépendance de la densité bactérienne et il constitue un exemple de quorum sensing***. Comme l'écrivent Slamti et al. "D'un point de vue finaliste, la sélection d'un tel système de régulation permettrait donc aux bactéries du groupe B. cereus de s'engager dans un processus infectieux, si les conditions environnementales sont favorables et seulement si le nombre de bactéries présentes est "jugé" suffisant pour que l'action engagée ait une chance de succès". En d'autres termes, Bacillus cereus se comporte comme certaines espèces animales (et l'homme ?) qui chassent en meute et n'attaquent que lorsque le gibier n'a aucune chance de résister compte tenu du nombre des agresseurs.
Lorsque les conditions environnantes deviennent défavorables (par exemple un épuisement du milieu), il se produit une phosphorylation de la protéine Spo0A (Spo pour sporulation) qui devient capable de se fixer sur des séquences d'ADN (boîtes 0A) situées de part et d'autre de la boîte PlcR. Cet événement bloque la transcription du gène plcR et donc la transcription des gènes régulés par la protéine PlcR et il engage la bactérie vers un processus de sporulation.
Diagnostic bactériologique
Diagnostic Direct
Isolement
Lors d'infections, l'isolement sera réalisé sur une gélose nutritive éventuellement enrichie de sang et incubée 24 heures à 37 °C.
Lors de toxi-infections alimentaires, de manière idéale, le germe doit être mis en évidence dans les selles et/ou dans les vomissements et dans les aliments suspects. Dans ces prélèvements, Bacillus cereus est présent au sein d'une flore complexe et il peut être sous forme sporulée.
Les spores peuvent être sélectionnées par un traitement à la chaleur ou à l'alcool. Le traitement à la chaleur consiste à placer une partie du prélèvement dans un volume égal d'eau distillée et à chauffer l'ensemble 10 minutes à 80 °C (ou 15 minutes à 62,5 °C). Le traitement à l'alcool est réalisé en mélangeant à parties égales un échantillon du prélèvement et de l'éthanol à 95 stérilisé par filtration. Le mélange est ensuite laissé à température ambiante durant 60 minutes.
Le prélèvement non traité et le prélèvement traité par la chaleur ou l'alcool sont ensemencés en parallèle sur une gélose au sang (ou sur une gélose nutritive) et sur des milieux permettant l'orientation du diagnostic et/ou sur des milieux sélectifs (voir la note infrapaginale ****). Ces milieux contiennent généralement de la polymyxine comme agent sélectif et ils permettent une identification présomptive grâce à la mise en évidence de la lécithinase (présence de jaune d'œufs) et à l'absence d'acidification du mannitol (présence de mannitol et d'un indicateur de pH).
Lorsque des selles sont examinées trois jours ou plus après un épisode de toxi-infection alimentaire, il est conseillé de pratiquer un enrichissement préalable. Le prélèvement, traité par la chaleur (et non par l'alcool) est placé dans un bouillon trypticase soja contenant 100 000 U par litre de polymyxine puis incubé 18 heures à 24 heures.
Identification
Le diagnostic de genre repose sur la morphologie, l'affinité tinctoriale, 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 par des bactéries à Gram positif, sporulées et capables de croître en aérobiose.
La sporulation est une caractéristique fondamentale. 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 (voir le fichier ¤ Bacillus).
L'identification repose sur les caractères bactériologiques (Cf. supra) et le diagnostic différentiel fait appel aux tests présentés dans le tableau II.
Logan et Berkeley ont proposé une identification basée sur l'utilisation de galeries API 20E et Api 50 CHB. Leurs résultats sont présentés dans le tableau I.
Interprétation
Bacillus cereus ou ses spores sont largement répandus dans le milieu extérieur et sont même présents sur du matériel de prélèvement considéré comme stérile (notamment sur les tiges en bois des écouvillons) ou dans des solutions antiseptiques (alcool à 95). L'isolement d'une souche de Bacillus cereus à partir d'une infection doit faire l'objet d'une interprétation critique. Sa responsabilité dans une infection ne peut être établie que dans la mesure où Bacillus cereus est isolé, en culture pure ou en grand nombre, à plusieurs reprises chez un même individu. Une culture quantitative de Bacillus cereus dans les selles >105 UFC/g de selles est considérée comme significative
La contamination à bas niveau des denrées alimentaires est fréquente et le portage fécal transitoire est possible. Aussi, lors de toxi-infections alimentaires, il est nécessaire d'effectuer une numération. La présence de 105 UFC par gramme d'aliment est généralement considérée comme significative et permet d'incriminer l'aliment dans un épisode de toxi-infection alimentaire. La mise en évidence de la production de toxines (Cf. infra) permet également de confirmer un diagnostic.
Idéalement, il conviendrait de prouver que la souche isolée de l'aliment est identique à la souche isolée des malades (étude du biovar, du sérovar, du phagovar, du génome...). Ces examens ne sont généralement réalisés que par les laboratoires spécialisés.
Mise en évidence des toxines
Les toxines HBL et NHE peuvent être détectées dans les selles, dans les aliments ou à partir des colonies isolées par coprocultures.
Le test Oxoïd BCET-RPLA permet de détecter le composant L2 de la toxine HBL par une technique d'agglutination passive inversée. Le test TECRA (3M) détecte la protéine de 45 kDa de la toxine NHE par une technique immunoenzymatique en sandwich.
Comme ces kits détectent des antigènes différents, il peut y avoir des divergences dans les résultats. De plus, des souches n'exprimant pas, ou pas complètement ces deux toxines, ont été caractérisées et d'autres toxines impliquées dans la pathogénie ne sont pas détectées par les kits commercialisés. Enfin, il est intéressant de remarquer que des souches n'appartenant pas à l'espèce Bacillus cereus (Bacillus thuringiensis et certainement ¤ Bacillus weihenstephanensis) peuvent produire les toxines HBL et/ou NHE.
Il n'existe pas de kits permettant la mise en évidence de la toxine émétique. L'inoculation d'extraits d'aliments ou de filtrats de culture à la musaraigne ou la mise en évidence de la perte de mobilité des spermatozoïdes de verrat ne sont pas réalisables en routine. La toxine émétisante est généralement mise en évidence dans les aliments, les vomissements ou sur les colonies isolées des selles par recherche de l’effet cytopathogène.
Sensibilité aux antibiotiques
Les souches de Bacillus cereus produisent des bêta-lactamases à large spectre et sont résistantes aux bêta-lactamines y compris aux céphalosporines de troisième génération. Elles sont également résistantes au triméthoprime mais, en revanche, elles sont généralement sensibles aux aminosides, à la clindamycine, à la ciprofloxacine, à la vancomycine, au chloramphénicol et à l'érythromycine.
Chez l'homme, le traitement des infections oculaires constitue une urgence et le traitement fait généralement appel à des associations clindamycine-gentamicine. La vancomycine et l'imipénème ont également été utilisés avec succès.
Une association vancomycine-aminoside semble constituer le traitement de choix des infections généralisées et des méningites.
Orientation bibliographique
Systématique
Voir les fichiers Systématique des espèces placées dans le "groupe Bacillus cereus" et Hors texte : Principales conclusions de quelques travaux concernant la systématique des espèces du "groupe Bacillus cereus"
Articles de synthèse en français
Quatre remarquables articles de synthèse, rédigés en français, ont été publiés en 2003 par le Bulletin de la Société Française de Microbiologie. L'auteur de ce fichier recommande la lecture de ces articles pour toutes informations complémentaires.
GUINEBRETIÈRE (M.H.) et SANCHIS (V.) : Bacillus cereus sensu lato. Bull. Soc. Fr. Microbiol., 2003, 18, 95-103.
MICHELET (N.) et MAHILLON (J.) : Bacillus cereus, opportuniste et pathgène. Bull. Soc. Fr. Microbiol., 2003, 18, 113-122.
NGUYEN-THE (C.), CARLIN (F.) et GUINEBRETIÈRE (M.H.) : Bacillus cereus et sécurité des aliments. Bull. Soc. Fr. Microbiol., 2003, 18, 104-112.
SLAMTI (L.), GOHAR (M.) et LERECLUS (D.) : Expression des gènes de virulence chez Bacillus cereus, le régulon PlcR. Bull. Soc. Fr. Microbiol., 2003, 18, 123-128.
Autres publications
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* : "Bêta-barrel pore-forming toxins"
Le prototype des "bêta-barrel pore-forming toxins" est l'hémolysine alpha de Staphylococcus aureus subsp. aureus. Cette famille de toxines comprend également les leucocidines de Staphylococcus aureus subsp. aureus, les hémolysines gamma de Staphylococcus aureus subsp. aureus, la leucocidine de ¤ Staphylococcus intermedius, la toxine bêta de Clostridium perfringens, l'hémolysine II de Bacillus cereus et la cytotoxine K de Bacillus cereus.
Ces toxines sont excrétées sous la forme de monomères hydrophiles solubles. Ces monomères se fixent sur les membranes cellulaires au niveau de récepteurs non identifiés. Sur la membrane, les monomères s'assemblent en heptamères. Cette polymérisation s'accompagne d'un changement de conformation exposant une séquence hydrophobe. L'oligomère s'insère alors dans les membranes cellulaires en créant un canal permettant le passage des ions et des molécules dont le poids moléculaire est égal ou inférieur à 1000. Dans le canal qui a une forme de tonneau (en anglais barrel), les motifs hydrophobes sont au contact des lipides membranaires alors que les motifs hydrophiles sont dirigés vers la lumière.
Pour de plus amples informations sur ces toxines voir MENESTRINA (G.), SERRA (M.D.) et PREVOST (G.) : Mode of action of beta-barrel pore-forming toxins of the staphylococcal alpha-hemolysin family. Toxicon, 2001, 39, 1661-1672.
Un depsipeptide est un polypeptide qui renferme des liaisons esters et peptidiques. Les depsipeptides naturels sont habituellement cycliques et ils sont produits par des micro-organismes. Certains d'entre eux comme l'actinomycine ont une activité antibiotique.
Le céréulide est un dodecadepsipeptide et il est donc constitué de 12 acides aminés. Les liaisons esters assurent une stabilité à la molécule expliquant la résistance du céréulide.
Le phénomène du quorum sensing a été découvert lors de l'étude de la bioluminescence chez Vibrio (Photobacterium) fischeri. Lorsque la bactérie est cultivée en bouillon, la luminescence n'apparaît que lorsque la densité bactérienne est importante. Initialement, on a cru que le milieu contenait un inhibiteur qui devait être dégradé par les bactéries pour que la bioluminescence soit observée. En fait, la bioluminescence apparaît, non pas après dégradation d'un inhibiteur, mais après synthèse d'un activateur [la N-(3-oxohexanoyl)-homosérine lactone]. Cette molécule est excrétée par les germes puis réincorporée par les cellules et lorsque sa concentration est importante elle active les gènes responsables de la luminescence. En d'autres termes, les bactéries sont aptes à apprécier leur propre densité en évaluant la concentration de l'activateur. Ce phénomène a été qualifié de quorum sensing et pourrait se traduire par évaluation du quorum.
Un phénomène de quorum sensing a été mis en évidence chez diverses bactéries : Aeromonas hydrophila, Aeromonas salmonicida, Agrobacterium tumefaciens, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Burkholderia cepacia, Chromobacterium violaceum, Enterobacter agglomerans, Enterococcus faecalis, Erwinia carotovora subsp. carotovora, Erwinia chrysanthemi, Escherichia coli, Hafnia alvei, Nitrosomas europaea, Obesumbacterium proteus, Pantoea stewartii, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas syringae, Ralstonia solanacearum, Rhizobium etli, Rhizobium leguminosarum, Rhodobacter sphaeroides, Serratia liquefaciens, Staphylococcus aureus subsp. aureus, ¤ Staphylococcus intermedius, Streptococcus pneumoniae, Vibrio anguillarum, Vibrio harveyi, Xenorhabdus nematophila, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis, Yersinia ruckeri...
Les quelques données mentionnées ci-dessus sont extraites du site The Quorum sensing site (University of Nottingham, Quorum Sensing Research Group) qui contient de nombreuses autres informations sur ce phénomène.
**** : Milieux utilisés pour l'isolement de Bacillus cereus
(D'après LOGAN (N.A.) et TURNBULL (P.C.B.) : Bactéries aérobies sporulées. In : J. FRENEY, F. RENAUD, W. HANSEN et C. BOLLET : Précis de bactériologie clinique, Editions ESKA, Paris, 2000, pp. 965-981.)
1) Milieu BCM (Bacillus cereus medium), composition en g/L
Agar : 20,0
D-mannitol : 10,0
(Nh4)2PO4 : 1,0
Extraits de levure : 0,2
KCl : 0,2
MgSO4.7H2O : 0,2
Pourpre de bromocrésol : 0,04
Après chauffage pour dissoudre les ingrédients et autoclavage, rajouter 100 mL d'une émulsion à 20 p. cent de jaune d'œuf dans 1 lite de milieu refroidi à 50 °C.
2) Milieu MEYP (Mannitol Egg Yolk Polymyxin B agar) ou milieu de Mossel, composition en g/L
Agar : 15,0
D-mannitol, 10,0
peptone : 10,0
NaCl : 10,0
Extraits de viande : 1,0
Rouge de phénol : 0,025
Après chauffage pour dissoudre les ingrédients et autoclavage, rajouter au milieu refroidi à 50 °C 10 mg/L d'une solution de sulfate de polymyxine B et 100 mL/L d'une émulsion à 20 p. cent de jaune d'œuf.
3) Milieu PEMBA (Polymyxin B, Egg yolk, Mannitol, Bromothymol blue, Agar), composition en g/L
Agar : 18,0
D-mannitol : 10,0
Peptone : 10,0
Pyruvate de sodium : 10,0
Na2HPO4 : 2,5
NaCl : 2,0
KH2PO4 : 0,25
MgSO4.7H2O : 0,1
Bleu de bromothymol : 0,1
Après chauffage pour dissoudre les ingrédients et autoclavage, rajouter au milieu refroidi à 50 °C 100 000 unités/L d'une solution de sulfate de polymyxine B et 100 mL/L d'une émulsion à 20 p. cent de jaune d'œuf.