La classification la plus utilisée se fonde sur la forme de la spore et distingue 3 groupes :
Les Bacillus sont des germes ubiquitaires de l'environnement car leurs spores leur confèrent une grande résistance. Ils sont fréquemment isolés comme contaminants. La sélection par la chaleur conservant les spores est un facteur important de la fréquence de leur isolement comme contaminant. Certains sont thermophiles : leur optimum de température de développement est situé vers 55°C (B. stearothermophilus par ex. utilisé dans la mise en évidence d'antibiotiques dans le lait). 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. Les diverses espèces peuvent occuper des niches écologiques très variées (l'eau de mer, l'eau douce et les plantes), certaines espèces sont psychrophiles (croissance à 3 °C) d’autres thermophiles (croissance à 75 °C), d’autres acidophiles (pH 2) et d’autres alcalinophiles (pH 10).
La résistance des spores et la diversité physiologique des formes végétatives en font des bactéries très ubiquistes que l’on peut isoler de l’eau de mer (par exemple Bacillus licheniformis) ou de l’eau douce (Bacillus stearothermophilus est présent dans des sources chaudes) mais aussi de denrées alimentaires (cacao, sucre, épices, lait, ...) et même des produits "stérilisés" alimentaires ou médicamenteux à cause de la thermorésistance des spores.
La résistance des spores, constitue un problème majeur en médecine et l’épidémiologie de certaines infections repose sur cette faculté à sporuler.
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 de l’aliment. Les structures impliquées dans l’adhésion sont encore imparfaitement connues. Dans le cas de Bacillus cereus on implique la présence d’un exosporium 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.
Homme et mammifères:
Le pouvoir pathogène des Bacillus est très restreint, deux espèces ont un pouvoir pathogène indiscutable : Bacillus anthracis et Bacillus cereus.
Bacillus anthracis est l'espèce la plus pathogène, responsable du "charbon" qui atteint les animaux, mammifères (ovins, caprins), certains oiseaux (autruches, canards), des insectes et leurs larves et occasionnellement l'homme.
Bacillus cereus occasionne des intoxications alimentaires mais aussi, et surtout chez les sujets fragiles, des septicémies, méningites, infections respiratoires et des myonécroses.
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 subtilis, licheniformis, sphaericus sont également impliqués au cours d'intoxications alimentaires.
Bacillus licheniformis est également présent dans le tube digestif des bovins à proximité de zones congestionnées, ulcérées ou oedémateuses sans que l'on sache s’il en est la cause.
Certaines espèces, entomopathogènes (B. thurigiensis, larvae) sont utilisées à l'état de spores sous forme de poudre répandue à la surface des eaux stagnantes pour détruire les larves de moustiques.
Insectes
Plusieurs espèces ont un pouvoir pathogène pour les insectes notamment, Bacillus thuringiensis pour les lépidoptères, les coléoptères et les diptères et Bacillus sphaericus pour les larves de moustiques. Ces espèces sont utilisées dans la lutte contre ces arthropodes : Bacillus thuringiensis sérovar Israelensis (lutte contre les anophèles, les Aedes et les vecteurs de l’onchocercose), Bacillus thringiensis sérovar Kurstaki (lutte contre les lépidoptères), Bacillus thuringiensis sérovar Morrisoni (lutte contre les moustiques) et Bacillus sphaericus (lutte contre les culex).
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.
Caractères bactériologiques :
Les espèces du genre Bacillus sont des bacilles rectilignes (ou presque rectilignes), à extrémités carrées ou arrondies, de taille variable (de 0,5 x 1,2 µm jusqu’à 2,5 x 10 µm), 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 :
- La plupart des espèces donne des colonies d’un diamètre variable selon la quantité de nutriments disponibles.
- Bacillus circulans et Bacillus sphaericus donnent des colonies qui envahissent les milieux gélosés (essaimage).
- Bacillus mycoides donne des colonies rhizoides qui recouvrent toute la surface de la gélose en 48 heures.
- Certaines espèces produisent des pigments lorsqu’elles sont cultivées sur des milieux particuliers (pigment rouge pour Bacillus cereus, pigment jaune pour Bacillus fastidiosus, rose pour Bacillus sphaericus, 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 de fabrication difficile.
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. Pour s’en tenir aux espèces pouvant avoir un intérêt médical :
- 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, l’un (groupe IA) constitué des bacilles d’un diamètre supérieur à 1 µm et contenant des inclusions de poly-bêta-hydroxybutyrate (Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus megaterium, Bacillus thuringiensis, ...) et l’autre (groupe IB) rassemblant des bacilles d’un diamètre inférieur à 1 µm et dépourvus d’inclusions de poly-bêta-hydroxybutyrate (Bacillus coagulans, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, ...).
- Dans le groupe IA, Bacillus anthracis, Bacillus cereus et Bacillus thuringiensis 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 trois espèces possèdent des caractères bactériologiques très voisins, pour un diagnostic différentiel.
- 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.
- Le groupe II est constitué des espèces à Gram variable, présentant une spore ovoïde, centrale ou terminale, déformante (Bacillus circulans, Bacillus lentimorbus, Bacillus popilliae, 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, Bacillus sphaericus, ...). Bacillus sphaericus est très mobile, mésophile, incapable de cultiver en anaérobiose ou sur une gélose à pH 6, il est VP - et il ne réduit pas les nitrates.
Quelques espèces sont aptes à synthétiser un cristal ou corps parasporal contenant des toxines létales pour les insectes. Les espèces les mieux connues sont Bacillus thuringiensis et Bacillus sphaericus mais, Bacillus lentimorbus et Bacillus popilliae produisent également un corps parasporal. L’élaboration d’un corps parasporal n’est pas l’apanage du seul genre Bacillus puisque Paenibacillus popilliae, Brevibacillus lateropsorus et certaines souches de Paenibacillus lentimorbus sont aptes à former de tels cristaux.
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 a être 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 de quelques heures), l'étude du type respiratoire et la mise en évidence d'une spore (bien visible lors d’un examen au contraste de phase).
La capacité de sporulation est un caractère fondamental parfois très difficile à obtenir in vitro . Il convient d'utiliser des milieux de sporulation (souvent des géloses nutritives enrichies de 10 à 50 mg/L de manganèse) et de laisser vieillir les cultures une dizaine de jours.
Bacillus cultive en général sur GO. C'est un contaminant banal de l'air. Il donne souvent de grandes colonies R mais il faut se méfier d'une généralisation abusive...
La galerie la plus simple est composée de :
L'identification repose sur la morphologie (spore) et sur quelques caractères biochimiques. Elle n'est pas très facile en raison de base de données limitées.
Elle est très rarement réalisée en pratique médicale : les Bacillus sont le plus souvent considérés comme des contaminants banals de l'environnement. Il sera donc exceptionnel de trouver cette bactérie le jour d'un examen en souche pure !!!
Le diagnostic de quasi-certitude nécessite des techniques d’identification numérique (par exemple utilisation conjointe de plaques API 50 CH et d’un logiciel d’identification) ou de chimiotaxonomie (composition en acides gras, détermination d’un pyrogramme obtenu après pyrolyse).
Aussi, sauf pour 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). 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 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 à plusieurs reprises du même individu.
Si l'on excepte le cas de Bacillus anthracis , peu d'études ont été consacrées à la sensibilité des Bacillus aux agents antimicrobiens.
Ils semblent le plus souvent :
- sensibles à l'amoxicilline-acide clavulanique, à la gentamicine, à l'amikacine, à la kanamycine, à la tétracycline, au chloramphénicol, à la rifampicine et à la vancomycine;
- 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.
La prophylaxie du charbon est passée par l'éradication de la maladie animale rendue possible par la vaccination pastorienne et la destruction des cadavres d'animaux morts par incinération ou enfouissement, après couverture par la chaux vive, dans la terre. Malheureusement, l'éradication planétaire n'est pas possible en raison de la grande résistance du bacille sporulé et de l'utilisation possible comme arme de guerre bactériologique.
L'hygiène alimentaire classique limite la portée des rares intoxications à Bacillus cereus.
Bacillus immobile et capsulé cause du charbon ou anthrax maladie redoutable mais aujourd'hui rare. On peut le considérer comme un pathogène strict (BPS)
Cette maladie est une zoonose particulièrement grave chez le mouton, le cheval et les bovins. Le bacille sporulé pénètre par une blessure, se multiplie, protégé de la phagocytose par sa capsule, et libère la toxine, composée de trois molécules, toxine peu stable in vitro, qui est mortelle.
La toxinogénèse est bien la cause de la mort : l'injection
d'antibiotique à la phase septicémique stérilise le cobaye
mais il meurt tout de même à cause de la toxine.
Chez l'homme la contamination résulte le plus souvent d'une
blessure cutanée : un pustule se forme, sur le bras par exemple,
devenant noire. L'inhalation de spores peut donner le charbon
pulmonaire. La mortalité n'est pas aussi importante que le
suggère l'utilisation guerrière du bacille.
Le "charbon" est une maladie connue depuis l'antiquité
(plaies d'Egypte). Les troupeaux de moutons sont ravagés mais la
maladie frappe les bovidés ainsi que les chèvres.
Bacillus anthracis est un grand bacille (5/1 µm) à Gram positif. Il forme une spore centrale, ovalaire et non déformante qui n'est toutefois pas toujours perceptible car la sporulation n'est effective que dans des circonstances particulières.
La culture est facile sur milieux usuels. La bactérie est aéro-anaérobie facultative. Les colonies obtenues sur milieux enrichis par du sérum et en atmosphère contenant 10% de CO2 sont lisses parce que capsulées. Contrairement aux autres espèces du genre, Bacillus anthracis est immobile.
Il est protéolytique, liquéfie la gélatine mais ne possède pas d'uréase. Il fermente certains sucres (glucose, maltose, saccharose) et produit de l'acétyl-méthyl-carbinol (VP+) qui est un caractère utilisé pour la classification des Bacillus.
Il élabore une toxine comprenant trois facteurs qui agissent en synergie :
Il possède divers antigènes : outre la toxine (facteur II), il existe un antigène capsulaire polypeptidique et un antigène somatique polysaccharidique responsable d'une réaction de précipitation en présence d'anticorps spécifiques (réaction d'Ascoli).
chez l'animal, le charbon frappe surtout les mammifères herbivores et certains oiseaux, occasionnant une infection septicémique rapidement mortelle avec oedème hémorragique des muqueuses et exsudation de sang noir par les orifices naturels.
chez l'homme
La virulence des souches pathogènes est due d'une part à la capsule qui protège la bactérie de la phagocytose et d'autre part à la production de la toxine responsable des oedèmes hémorragiques.
C'est la spore qui pénètre dans l'organisme en traversant la peau ou les muqueuses lésées et donne naissance dans les tissus aux formes végétatives. Une réaction inflammatoire avec nécrose et thromboses vasculaires se développe et suffit souvent pour contrôler l'infection. Dans les formes graves, se succèdent envahissement ganglionnaire, dissémination par voie sanguine et propagation dans tous les tissus tandis que la toxine charbonneuse produite en grande quantité occasionne un choc toxique souvent mortel.
La maladie animale rarement observée en Europe sévit surtout aux Indes et en Afrique ainsi qu'au Moyen Orient et en Amérique du Sud. Les spores persistent dans les sols et les animaux se contaminent en broutant mais la maladie n'est pas directement transmissible d'animal contaminé à animal sain.
Les contaminations humaines presque toujours professionnelles sont la cause de 20 à 100.000 cas annuels estimés dans le monde et sont dans la majorité des formes cutanées ; les formes graves sont exceptionnelles.
On met en évidence la bactérie dans la sérosité des vésicules par culture ou dans le sang par hémoculture. Dans les prélèvements plurimicrobiens, selles ou expectorations, la recherche est plus difficile et il est recommandé d'éliminer la flore non sporulée par chauffage à 80°C.
La culture est facile sur milieux ordinaires et la morphologie, l'aspect des colonies et les caractères biochimiques permettent l'identification.
Contrairement aux autres espèces du genre, les souches virulentes de Bacillus anthracis, même à faible concentration, tuent le cobaye ou la souris en 24 à 48 heures.
La classique réaction d'Ascoli qui est une réaction de précipitation entre l'antigène polysaccharidique de la souche et un sérum anticharbonneux est peu sensible mais assez spécifique.
Un sérodiagnostic est possible mais n'est utile que pour vérifier l'efficacité de la vaccination chez l'animal.
Bacillus anthracis est sensible aux antibiotiques et à la pénicilline G en particulier mais il est bon de s'assurer que la souche n'est pas productrice de ß lactamase.
Une prophylaxie animale est possible par vaccination. Les cadavres d'animaux morts de charbon doivent être enfouis sous chaux vive ou mieux incinérés.
Bacillus à l'origine d'intoxications alimentaires de peu de gravité.
Bacillus cereus est un germe qui peut être responsable d'intoxications alimentaires généralement bénignes. Les symptômes cliniques sont dus à l'action de deux toxines produites par ce bacille (en même temps ou séparément) :
Les aliments en cause sont avant tout des aliments contaminés au départ, bouillis puis conservés dans de mauvaises conditions, en particulier de température, conditions pendant lesquelles les spores pourront germer puis les bacilles se multiplier.
Bacillus pathogène chez les lépidoptères (papillons, les chenilles formant leur premier stade de développement avant la métamorphose).
Ce Bacillus
produit, lors de la sporulation, un cristal parasporal. Les
insectes qui avalent le Bacillus voit cette protéine libérée
dans leur intestin : elle provoque la mort de l'insecte.
On utilise donc ce Bacillus comme insecticide biologique
(Bactospeine®). Il est particulièrement utile contre les
chenilles processionnaires du pin et la tordeuse du mélèze.
Le maïs transgénique dit BT utilise cete insecticide… :
les gènes correspondant à la toxine ont été
"clonés" dans le maïs où ils s'expriment.
Bacillus pathogène chez les abeilles.