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1.3 : Types de micro-organismes - Biologie

1.3 : Types de micro-organismes - Biologie



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Objectifs d'apprentissage

  • Énumérer les différents types de micro-organismes et décrire leurs caractéristiques déterminantes
  • Donner des exemples de différents types de micro-organismes cellulaires et viraux et d'agents infectieux
  • Décrire les similitudes et les différences entre les archées et les bactéries
  • Donner un aperçu du domaine de la microbiologie

La plupart des microbes sont unicellulaires et suffisamment petits pour qu'ils nécessitent un grossissement artificiel pour être vus. Cependant, certains microbes unicellulaires sont visibles à l'œil nu et certains organismes multicellulaires sont microscopiques. Un objet doit mesurer environ 100 micromètres (µm) pour être visible sans microscope, mais la plupart des micro-organismes sont plusieurs fois plus petits que cela. Pour une certaine perspective, considérons qu'une cellule animale typique mesure environ 10 µm de diamètre mais est toujours microscopique. Les cellules bactériennes mesurent généralement environ 1 µm et les virus peuvent être 10 fois plus petits que les bactéries (Figure (PageIndex{1})). Voir le tableau (PageIndex{1}) pour les unités de longueur utilisées en microbiologie.

Figure (PageIndex{1}) : unités de longueur couramment utilisées en microbiologie
Unité métriqueSignification du préfixeÉquivalent métrique
mètre (m)1m = 100m
décimètre (dm)1/101 dm = 0,1 m = 10−1 m
centimètre (cm)1/1001 cm = 0,01 m = 10−2 m
millimètre (mm)1/10001 mm = 0,001 m = 10−3 m
micromètre (μm)1/1,000,0001 m = 0,000001 m = 10−6 m
nanomètre (nm)1/1,000,000,0001 nm = 0,000000001 m = 10−9 m

Les micro-organismes diffèrent les uns des autres non seulement par leur taille, mais aussi par leur structure, leur habitat, leur métabolisme et de nombreuses autres caractéristiques. Alors que nous pensons généralement que les micro-organismes sont unicellulaires, il existe également de nombreux organismes multicellulaires qui sont trop petits pour être vus sans microscope. Certains microbes, comme les virus, sont même acellulaires (non composés de cellules).

Les micro-organismes se trouvent dans chacun des trois domaines de la vie : Archaea, Bacteria et Eukarya. Les microbes des domaines Bactéries et Archées sont tous des procaryotes (leurs cellules n'ont pas de noyau), tandis que les microbes du domaine Eucarya sont des eucaryotes (leurs cellules ont un noyau). Certains micro-organismes, comme les virus, n'appartiennent à aucun des trois domaines de la vie. Dans cette section, nous présenterons brièvement chacun des grands groupes de microbes. Les chapitres suivants approfondiront les diverses espèces au sein de chaque groupe.

Micro-organismes procaryotes

Les bactéries se trouvent dans presque tous les habitats sur terre, y compris à l'intérieur et sur les humains. La plupart des bactéries sont inoffensives ou utiles, mais certaines sont des agents pathogènes, provoquant des maladies chez les humains et d'autres animaux. Les bactéries sont procaryotes car leur matériel génétique (ADN) n'est pas logé dans un véritable noyau. La plupart des bactéries ont des parois cellulaires qui contiennent du peptidoglycane.

Les bactéries sont souvent décrites en fonction de leur forme générale. Les formes courantes sont sphériques (coccus), en forme de bâtonnet (bacille) ou incurvées (spirillum, spirochète ou vibrion). La figure (PageIndex{2}) montre des exemples de ces formes.

Ils ont un large éventail de capacités métaboliques et peuvent se développer dans une variété d'environnements, en utilisant différentes combinaisons de nutriments. Certaines bactéries sont photosynthétiques, comme les cyanobactéries oxygénées et les bactéries vertes anoxygéniques soufrées et vertes non soufrées ; ces bactéries utilisent l'énergie dérivée de la lumière du soleil et fixent le dioxyde de carbone pour leur croissance. D'autres types de bactéries sont non photosynthétiques, tirant leur énergie de composés organiques ou inorganiques dans leur environnement.

Les archées sont également des organismes procaryotes unicellulaires. Les archées et les bactéries ont des histoires évolutives différentes, ainsi que des différences significatives dans la génétique, les voies métaboliques et la composition de leurs parois cellulaires et membranes. Contrairement à la plupart des bactéries, les parois cellulaires des archées ne contiennent pas de peptidoglycane, mais leurs parois cellulaires sont souvent composées d'une substance similaire appelée pseudopeptidoglycane. Comme les bactéries, les archées se trouvent dans presque tous les habitats sur terre, même les environnements extrêmes qui sont très froids, très chauds, très basiques ou très acides (Figure (PageIndex{3})). Certaines archées vivent dans le corps humain, mais aucune ne s'est révélée être un agent pathogène humain.

Exercice (PageIndex{1})

  1. Quels sont les deux principaux types d'organismes procaryotes ?
  2. Nommez quelques-unes des caractéristiques déterminantes de chaque type.

Micro-organismes eucaryotes

Le domaine Eukarya contient tous les eucaryotes, y compris les eucaryotes uni- ou multicellulaires tels que les protistes, les champignons, les plantes et les animaux. La principale caractéristique déterminante des eucaryotes est que leurs cellules contiennent un noyau.

Protistes

Les protistes sont des eucaryotes unicellulaires qui ne sont pas des plantes, des animaux ou des champignons. Les algues et les protozoaires sont des exemples de protistes.

Les algues (singulier : algue) sont des protistes de type végétal qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires (Figure (PageIndex{4})). Leurs cellules sont entourées de parois cellulaires constituées de cellulose, un type de glucide. Les algues sont des organismes photosynthétiques qui extraient l'énergie du soleil et libèrent de l'oxygène et des glucides dans leur environnement. Parce que d'autres organismes peuvent utiliser leurs déchets pour produire de l'énergie, les algues sont des éléments importants de nombreux écosystèmes. De nombreux produits de consommation contiennent des ingrédients dérivés d'algues, tels que la carraghénine ou l'acide alginique, que l'on trouve dans certaines marques de crème glacée, de vinaigrette, de boissons, de rouge à lèvres et de dentifrice. Un dérivé d'algue joue également un rôle prépondérant dans le laboratoire de microbiologie. L'agar, un gel dérivé d'algues, peut être mélangé à divers nutriments et utilisé pour faire pousser des micro-organismes dans une boîte de Pétri. Les algues sont également développées comme source possible de biocarburants.

Les protozoaires (singulier : protozoaire) sont des protistes qui constituent l'épine dorsale de nombreux réseaux trophiques en fournissant des nutriments à d'autres organismes. Les protozoaires sont très divers. Certains protozoaires se déplacent à l'aide de structures ressemblant à des cheveux appelées cils ou de structures ressemblant à des fouets appelées flagelles. D'autres étendent une partie de leur membrane cellulaire et de leur cytoplasme pour se propulser vers l'avant. Ces extensions cytoplasmiques sont appelées pseudopodes (« faux pieds »). Certains protozoaires sont photosynthétiques ; d'autres se nourrissent de matière organique. Certains sont libres, tandis que d'autres sont parasites, ne pouvant survivre qu'en extrayant les nutriments d'un organisme hôte. La plupart des protozoaires sont inoffensifs, mais certains sont des agents pathogènes qui peuvent provoquer des maladies chez les animaux ou les humains (Figure (PageIndex{5})).

Champignons

Les champignons (singulier : champignon) sont aussi des eucaryotes. Certains champignons multicellulaires, comme les champignons, ressemblent à des plantes, mais ils sont en réalité assez différents. Les champignons ne sont pas photosynthétiques et leurs parois cellulaires sont généralement constituées de chitine plutôt que de cellulose.

Les champignons unicellulaires, les levures, sont inclus dans l'étude de la microbiologie. Il existe plus de 1000 espèces connues. Les levures se trouvent dans de nombreux environnements différents, de la mer profonde au nombril humain. Certaines levures ont des utilisations bénéfiques, comme faire lever le pain et fermenter les boissons ; mais les levures peuvent aussi gâcher les aliments. Certains provoquent même des maladies, telles que les mycoses vaginales et le muguet buccal (Figure (PageIndex{6})).

D'autres champignons d'intérêt pour les microbiologistes sont des organismes multicellulaires appelés moisissures. Les moisissures sont constituées de longs filaments qui forment des colonies visibles (Figure (PageIndex{6})). Les moisissures se trouvent dans de nombreux environnements différents, de la terre aux aliments en décomposition en passant par les coins humides de la salle de bain. Les moisissures jouent un rôle essentiel dans la décomposition des plantes et des animaux morts. Certaines moisissures peuvent provoquer des allergies et d'autres produisent des métabolites pathogènes appelés mycotoxines. Les moisissures ont été utilisées pour fabriquer des produits pharmaceutiques, notamment la pénicilline, qui est l'un des antibiotiques les plus couramment prescrits, et la cyclosporine, utilisée pour prévenir le rejet d'organe après une greffe.

Exercice (PageIndex{2})

  1. Nommez deux types de protistes et deux types de champignons.
  2. Nommez quelques-unes des caractéristiques déterminantes de chaque type.

Helminthes

Les vers parasites multicellulaires appelés helminthes ne sont pas techniquement des micro-organismes, car la plupart sont assez gros pour être vus sans microscope. Cependant, ces vers relèvent du domaine de la microbiologie car les maladies causées par les helminthes impliquent des œufs et des larves microscopiques. Un exemple d'helminthe est le ver de Guinée, ou Dracunculus medinensis, qui provoque des vertiges, des vomissements, de la diarrhée et des ulcères douloureux sur les jambes et les pieds lorsque le ver sort de la peau (Figure (PageIndex{7})). L'infection survient généralement après qu'une personne boit de l'eau contenant des puces d'eau infectées par des larves de ver de Guinée. Au milieu des années 1980, il y avait environ 3,5 millions de cas de maladie du ver de Guinée, mais la maladie a été en grande partie éradiquée. En 2014, seuls 126 cas ont été signalés, grâce aux efforts coordonnés de l'Organisation mondiale de la santé (OMS) et d'autres groupes engagés dans l'amélioration de l'assainissement de l'eau potable.12

Virus

Les virus sont des micro-organismes acellulaires, ce qui signifie qu'ils ne sont pas composés de cellules. Essentiellement, un virus se compose de protéines et de matériel génétique - soit de l'ADN ou de l'ARN, mais jamais les deux - qui sont inertes en dehors d'un organisme hôte. Cependant, en s'incorporant dans une cellule hôte, les virus sont capables de coopter les mécanismes cellulaires de l'hôte pour se multiplier et infecter d'autres hôtes. Les virus peuvent infecter tous les types de cellules, des cellules humaines aux cellules d'autres micro-organismes. Chez l'homme, les virus sont responsables de nombreuses maladies, du simple rhume à Ebola mortel (Figure (PageIndex{8})). Cependant, de nombreux virus ne causent pas de maladie.

Exercice (PageIndex{3})

  1. Les helminthes sont-ils des micro-organismes ? expliquez pourquoi ou pourquoi pas.
  2. En quoi les virus sont-ils différents des autres micro-organismes ?

La microbiologie comme domaine d'étude

La microbiologie est un terme général qui englobe l'étude de tous les différents types de micro-organismes. Mais en pratique, les microbiologistes ont tendance à se spécialiser dans l'un des nombreux sous-domaines. Par exemple, la bactériologie est l'étude des bactéries ; la mycologie est l'étude des champignons ; la protozoologie est l'étude des protozoaires ; la parasitologie est l'étude des helminthes et autres parasites; et la virologie est l'étude des virus (Figure (PageIndex{9})). L'immunologie, l'étude du système immunitaire, est souvent incluse dans l'étude de la microbiologie parce que les interactions hôte-pathogène sont au cœur de notre compréhension des processus des maladies infectieuses. Les microbiologistes peuvent également se spécialiser dans certains domaines de la microbiologie, tels que la microbiologie clinique, la microbiologie environnementale, la microbiologie appliquée ou la microbiologie alimentaire.

Dans ce manuel, nous nous intéressons principalement aux applications cliniques de la microbiologie, mais étant donné que les divers sous-domaines de la microbiologie sont étroitement liés, nous discuterons souvent d'applications qui ne sont pas strictement cliniques.

BIOÉTHIQUE EN MICROBIOLOGIE

Dans les années 1940, le gouvernement américain cherchait une solution à un problème médical : la prévalence des maladies sexuellement transmissibles (MST) chez les soldats. Plusieurs études financées par le gouvernement, désormais tristement célèbres, ont utilisé des sujets humains pour rechercher des MST et des traitements courants. Dans l'une de ces études, des chercheurs américains ont intentionnellement exposé plus de 1 300 sujets humains au Guatemala à la syphilis, la gonorrhée et le chancre mou afin de déterminer la capacité de la pénicilline et d'autres antibiotiques à combattre ces maladies. Les sujets de l'étude comprenaient des soldats guatémaltèques, des prisonniers, des prostituées et des patients psychiatriques, dont aucun n'a été informé qu'ils participaient à l'étude. Les chercheurs ont exposé des sujets aux MST par diverses méthodes, allant de la facilitation des rapports sexuels avec des prostituées infectées à l'inoculation des sujets avec les bactéries connues pour causer les maladies. Cette dernière méthode consistait à faire une petite plaie sur les parties génitales du sujet ou ailleurs sur le corps, puis à introduire des bactéries directement dans la plaie.3 En 2011, une commission du gouvernement américain chargée d'enquêter sur l'expérience a révélé que seuls certains des sujets avaient été traités avec pénicilline, et 83 sujets sont décédés en 1953, probablement à la suite de l'étude.4

Malheureusement, c'est l'un des nombreux exemples horribles d'expériences de microbiologie qui ont violé les normes éthiques de base. Même si cette étude avait conduit à une percée médicale salvatrice (ce n'était pas le cas), peu de gens soutiendraient que ses méthodes étaient éthiquement saines ou moralement justifiables. Mais tous les cas ne sont pas aussi clairs. Les professionnels travaillant en milieu clinique sont fréquemment confrontés à des dilemmes éthiques, comme travailler avec des patients qui refusent un vaccin ou une transfusion sanguine vitale. Ce ne sont là que deux exemples de décisions de vie ou de mort qui peuvent recouper les croyances religieuses et philosophiques du patient et du professionnel de la santé.

Peu importe la noblesse de l'objectif, les études de microbiologie et la pratique clinique doivent être guidées par un certain ensemble de principes éthiques. Les études doivent être faites avec intégrité. Les patients et les sujets de recherche donnent leur consentement éclairé (non seulement en acceptant d'être traités ou étudiés, mais en démontrant une compréhension de l'objectif de l'étude et des risques encourus). Les droits des patients doivent être respectés. Les procédures doivent être approuvées par un comité d'examen institutionnel. Lorsque vous travaillez avec des patients, une tenue précise des dossiers, une communication honnête et la confidentialité sont primordiales. Les animaux utilisés pour la recherche doivent être traités sans cruauté et tous les protocoles doivent être approuvés par un comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux. Ce ne sont là que quelques-uns des principes éthiques explorés dans le Regard sur l'éthique encadrés tout au long de ce livre.

Focus clinique - RESolution

Les échantillons de LCR de Cora ne montrent aucun signe d'inflammation ou d'infection, comme on pourrait s'y attendre avec une infection virale. Cependant, il y a une forte concentration d'une protéine particulière, la protéine 14-3-3, dans son LCR. Un électroencéphalogramme (EEG) de sa fonction cérébrale est également anormal. L'EEG ressemble à celui d'un patient atteint d'une maladie neurodégénérative comme la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Huntington, mais le déclin cognitif rapide de Cora n'est cohérent avec aucun de ceux-ci. Au lieu de cela, son médecin conclut que Cora a la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), un type d'encéphalopathie spongiforme transmissible (EST).

La MCJ est une maladie extrêmement rare, avec seulement environ 300 cas aux États-Unis chaque année. Elle n'est pas causée par une bactérie, un champignon ou un virus, mais plutôt par des prions, qui ne correspondent pas parfaitement à une catégorie particulière de microbes. Comme les virus, les prions ne se trouvent pas sur l'arbre de vie car ils sont acellulaires. Les prions sont extrêmement petits, environ un dixième de la taille d'un virus typique. Ils ne contiennent aucun matériel génétique et sont composés uniquement d'un type de protéine anormale.

La MCJ peut avoir plusieurs causes différentes. Elle peut être acquise par exposition au cerveau ou aux tissus du système nerveux d'une personne ou d'un animal infecté. La consommation de viande provenant d'un animal infecté est l'un des moyens par lesquels une telle exposition peut se produire. Il y a également eu de rares cas d'exposition à la MCJ par contact avec du matériel chirurgical contaminé5 et par des donneurs de cornée et d'hormone de croissance qui avaient sans le savoir la MCJ67. Dans de rares cas, la maladie résulte d'une mutation génétique spécifique qui peut parfois être héréditaire. Cependant, chez environ 85 % des patients atteints de MCJ, la cause de la maladie est spontanée (ou sporadique) et n'a pas de cause identifiable.8 Sur la base de ses symptômes et de leur progression rapide, Cora reçoit un diagnostic de MCJ sporadique.

Malheureusement pour Cora, la MCJ est une maladie mortelle pour laquelle il n'existe aucun traitement approuvé. Environ 90 % des patients décèdent dans l'année suivant le diagnostic.9 Ses médecins se concentrent sur la limitation de sa douleur et de ses symptômes cognitifs à mesure que sa maladie progresse. Huit mois plus tard, Cora meurt. Son diagnostic de MCJ est confirmé par une autopsie cérébrale.

Revenez à la case Clinical Focus précédente.

​​​​​​Résumé

  • Les micro-organismes sont très divers et se trouvent dans les trois domaines de la vie : Archaea, Bacteria et Eukarya.
  • Les archées et les bactéries sont classées comme procaryotes car elles n'ont pas de noyau cellulaire. Les archées diffèrent des bactéries par leur histoire évolutive, leur génétique, leurs voies métaboliques et la composition de la paroi cellulaire et de la membrane.
  • Les archées habitent presque tous les environnements sur terre, mais aucune archée n'a été identifiée comme agent pathogène humain.
  • Les eucaryotes étudiés en microbiologie comprennent les algues, les protozoaires, les champignons et les helminthes.
  • Les algues sont des organismes ressemblant à des plantes qui peuvent être unicellulaires ou multicellulaires et tirent leur énergie de la photosynthèse.
  • Les protozoaires sont des organismes unicellulaires avec des structures cellulaires complexes ; la plupart sont mobiles.
  • Les champignons microscopiques comprennent les moisissures et les levures.
  • Les helminthes sont des vers parasites multicellulaires. Ils sont inclus dans le domaine de la microbiologie car leurs œufs et leurs larves sont souvent microscopiques.
  • Les virus sont des micro-organismes acellulaires qui ont besoin d'un hôte pour se reproduire.
  • Le domaine de la microbiologie est extrêmement vaste. Les microbiologistes se spécialisent généralement dans l'un des nombreux sous-domaines, mais tous les professionnels de la santé ont besoin d'une base solide en microbiologie clinique.

Notes de bas de page

  1. 1 C. Greenaway « Dracunculose (maladie du ver de Guinée) ». Journal de l'Association médicale canadienne 170 non. 4 (2004) : 495-500.
  2. 2 Organisation mondiale de la santé. « Dracunculose (maladie du ver de Guinée). » QUI. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Consulté le 2 octobre 2015.
  3. 3 Kara Rogers. « Expérience sur la syphilis au Guatemala : projet de recherche médicale américain ». Encyclopédie Britannica. www.britannica.com/event/Guat...lis-experiment. Consulté le 24 juin 2015.
  4. 4 Susan Donaldson James. « Les expériences sur la syphilis choquent, mais les essais de médicaments dans le tiers-monde aussi. » Nouvelles du monde ABC. 30 août 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatema...ry?id=14414902. Consulté le 24 juin 2015.
  5. 5 Greg Botelho. "Cas de la maladie de Creutzfeldt-Jakob confirmé dans le New Hampshire." CNN. 2013. http://www.cnn.com/2013/09/20/health...brain-disease/.
  6. 6 P. Rudge et al. « MCJ iatrogène due à une hormone de croissance dérivée de l'hypophyse avec des temps d'incubation génétiquement déterminés allant jusqu'à 40 ans. » Cerveau 138 non. 11 (2015) : 3386-3399.
  7. 7 J.G. Heckmann et al. "Transmission de la maladie de Creutzfeldt-Jakob via une greffe de cornée." Journal de neurologie, neurochirurgie et psychiatrie 63 non. 3 (1997) : 388-390.
  8. 8 Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux. "Fiche d'information sur la maladie de Creutzfeldt-Jakob." NIH. http://www.ninds.nih.gov/disorders/c....htm#288133058.
  9. 9 Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux. http://www.ninds.nih.gov/disorders/c....htm#288133058. Consulté le 22 juin 2015.

Glossaire

acellulaire
ne consistant pas en une ou plusieurs cellules
algues
(singulier : algue) l'un des divers organismes eucaryotes photosynthétiques unicellulaires et multicellulaires ; se distingue des plantes par leur absence de tissus vasculaires et d'organes
archée
l'un quelconque de divers micro-organismes procaryotes unicellulaires, ayant généralement des parois cellulaires contenant du pseudopeptidoglycane
bactéries
(singulier : bactérie) l'un des divers micro-organismes procaryotes unicellulaires ayant généralement (mais pas toujours) des puits cellulaires contenant du peptidoglycane
bactériologie
l'étude des bactéries
Eucarya
le domaine de la vie qui comprend tous les organismes unicellulaires et multicellulaires avec des cellules qui contiennent des noyaux et des organites liés à la membrane
champignons
(singulier : champignon) l'un des divers organismes eucaryotes unicellulaires ou multicellulaires, ayant généralement des parois cellulaires constituées de chitine et dépourvus de pigments photosynthétiques, de tissus vasculaires et d'organes
helminthe
un ver parasite multicellulaire
immunologie
l'étude du système immunitaire
microbiologie
l'étude des micro-organismes
mouler
un champignon multicellulaire, généralement composé de longs filaments
mycologie
l'étude des champignons
parasitologie
l'étude des parasites
agent pathogène
un micro-organisme pathogène
protiste
un micro-organisme eucaryote unicellulaire, généralement un type d'algue ou de protozoaire
protozoaire
(pluriel : protozoaires) un organisme eucaryote unicellulaire, généralement mobile
protozoologie
l'étude des protozoaires
virologie
l'étude des virus
virus
un micro-organisme acellulaire, constitué de protéines et de matériel génétique (ADN ou ARN), qui peut se répliquer en infectant une cellule hôte
Levure
tout champignon unicellulaire

Donateur

  • Nina Parker, (Université Shenandoah), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) et Brian M. Forster (Université Saint Joseph) avec de nombreux auteurs contributeurs. Contenu original via Openstax (CC BY 4.0 ; accès gratuit sur https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Micro-organismes présents dans le lait : 3 types

Ce groupe comprend les micro-organismes présents dans le lait qui y provoquent des modifications biochimiques.

(iii) des microbes formant le lait Ropy,

(iv) des microbes protéolytiques, et

(i) Microbes acidogènes :

Les micro-organismes acidogènes sont certaines bactéries qui provoquent la fermentation naturelle du lait. Le type le plus courant est la fermentation lactique qui a lieu lors de l'acidification du lait dans des conditions naturelles.

Lait de bonne qualité sanitaire lorsqu'il est conservé dans des conditions permettant la croissance de Streptococcus spp. (par exemple, S. cremoris) et les espèces de Lactobacillus (par exemple, L. casei, L. plantarum, L. brevis et L. fementum) développent une saveur propre et acide.

Streptococcus spp. fermentent rapidement le lactose mais ne produisent pas une concentration aussi élevée d'acide lactique que les membres du genre Lactobacillus. Les espèces de Micrococcus, par exemple M. luteus, M. variens et M. freudenreichii produisent une petite quantité d'acide à partir de la fermentation du lactose et acidifient le lait.

Escherichia coli et Enterobacter aerogenes fermentent également le lactose en un mélange de produits finaux tels que des acides, des gaz et certains composés neutres. Ceux-ci sont considérés comme indésirables car ils produisent du CO2, H2 et saveur désagréable. Microbacterium lacticum est également signalé dans le lait et fermente le lactose en acide lactique et autres produits finaux.

(ii) Micro-organismes générateurs de gaz :

Il existe certaines bactéries coliformes comme Clostridium butyricum qui fermentent le lactose en acides accompagnés d'une accumulation de gaz, le gaz étant généralement un mélange de CO2 et H2.

Clostridium butyricum produit une grande quantité de CO2 alors que les bactéries coliformes produisent H2 en outre. Certaines levures, par exemple Torula cremoris, Candida pseudotropicalis et Torulopsis sphacrica sont signalées dans le lait. Elles aussi fermentent le lactose et produisent du CO2.

(iii) Bactéries formant le lait Ropy :

La conversion du lait liquide en matière visqueuse par l'action des microbes s'appelle la "fermentation ropy". Ces micro-organismes synthétisent un matériau polysaccharidique visqueux qui forme une couche visqueuse ou une capsule autour de leurs cellules.

Alcaligenes viscolactis, Enterobacter aerogenes Streptococcus cremoris et certaines espèces de Micrococcus sont responsables de la fermentation filante. Le lait de Ropy n'est pas nocif pour la santé mais est généralement répréhensible en raison de son apparence et est fréquemment utilisé comme milieu de culture.

(iv) Bactéries protéolytiques :

Bacillus subtilis, B. cereus var. mycoides, Pseudomonas putrefaciens, P. viscosa, Streptococcus, liquefaciens et Proteus spp. sont les bactéries protéolytiques présentes dans le lait.

Ces micro-organismes hydrolysent les protéines du lait et augmentent le pH. La protéolyse peut être précédée d'une coagulation de la caséine par l'enzyme rénine élaborée par des bactéries entraînant la formation d'une forme soluble de caséine. La protéolyse dégrade la caséine en peptides qui peuvent être encore dégradés en acides aminés qui sont responsables de la réaction alcaline et du goût amer du lait.

(v) Microorganismes lipolytiques :

Certains des micro-organismes produisent des enzymes (lipases) qui divisent la matière grasse du lait en glycérol et en acides gras. Certains de ces acides gras ont une saveur piquante qui donne au lait une saveur et une odeur rances. Les micro-organismes lipolytiques présents dans le lait sont les bactéries Pseudomonas fluorescens, les levures Achromobacter lipolyticum, par exemple Candida lipolytica et les moisissures, par exemple Pencillium spp. et Geotrichum candidum.

2. Types de caractéristiques de température:

Sur la base de leur température optimale de croissance et de résistance à la chaleur, les bactéries rencontrées dans le lait sont des quatre types suivants :

(i) Bactéries psychrophiles :

Les bactéries psychrophiles (également appelées cryophiles) se développent mieux à des températures relativement basses, généralement inférieures à 10°C. Le lait pasteurisé conservé au réfrigérateur peut être conservé de manière satisfaisante pendant une semaine ou même plus longtemps. Mais finalement, la détérioration microbienne manifestée par la saveur ou l'odeur "off" deviendra évidente en raison de l'accumulation de produits métaboliques de bactéries psychrophiles. Ce dernier peut être illustré par des espèces de Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes et certaines bactéries coliformes.

(ii) Bactéries mésophiles :

Les bactéries mésophiles se développent mieux entre 10 °C et 45 °C, généralement entre 25 et 40 °C. Les streptocoques lactiques et certaines bactéries coliformes en sont des exemples. Il s'agit principalement des « types producteurs d'acides ». En plus de l'acide, ils peuvent produire du gaz qui entraîne des saveurs « offensives » dans le lait. Streptococcus lactis var. maltigens produisent un goût malté ou caramel. Pseudomonas icthyosmia, cependant, donne une saveur de poisson.

(iii) Bactéries thermoduriques :

Les bactéries thermoduriques survivent à la pasteurisation en nombre considérable mais ne se développent pas aux températures de pasteurisation. Comme ils ne sont pas tués par la pasteurisation, ils peuvent contaminer les conteneurs.

En raison d'un nettoyage défectueux des conteneurs, les lots de lait suivants traités dans les mêmes conteneurs seront fortement contaminés. Microbacterium lacticum, Micrococcus luteus. Streptococcus thermophilus et Bacillus subtilis illustrent cette catégorie.

(iv) Bactéries thermophiles :

Les bactéries thermophiles se développent mieux à 55-65 °C avec un minimum et un maximum de 40 °C et 80 °C respectivement. Bacillus stearothermophilus est un exemple de ce type.

3. Types pathogènes:

Diverses maladies sont potentiellement transmissibles par le lait. La source des micro-organismes pathogènes présents dans le lait peut être soit les bovins laitiers, soit les humains.

Les maladies transmises par le lait provenant de vaches infectées ou d'autres sources sont énumérées ci-dessous :


Mécanismes de fixation de l'azote chez les micro-organismes | Microbiologie

Dans cet article, nous discuterons des mécanismes de fixation de l'azote chez les micro-organismes.

1. Types, structure et fonction de la nitrogénase:

La conversion biologique de l'azote atmosphérique en ammoniac a eu lieu à l'aide d'une enzyme appelée nitrogénase. Cette enzyme est de nature anaérobie et lorsqu'elle entre en contact avec l'oxygène ou l'air, elle devient inerte. L'enzyme protéique est composée de 2 sous-unités principalement appelées protéine MoFe plus grande (2 20 000 daltons en poids moléculaire) et d'une autre protéine Fe plus petite (55 000 daltons en poids moléculaire).

Postgate, un microbiologiste britannique les a nommés Kp1 et Kp2. Comme indiqué, il contient des atomes de fer et de molybdène. Ils ont besoin d'ions Mg 2+ pour l'activation et peuvent convertir l'ATP en ADP pendant le fonctionnement.

Il est inhibé par l'ADP et réduit également plusieurs autres substrats avec des molécules à triple liaison (similaire à N = N). L'enzyme peut réduire les ions hydrogène en hydrogène gazeux, même lorsque N2 est présent et a également la capacité de réduire l'acétylène en éthylène.

La nitrogénase purifiée à partir de trois espèces de bactéries a montré sa nature suivante comme indiqué ci-dessous. Cela indique que la nature de l'enzyme varie dans différents organismes fixateurs d'azote en ce qui concerne la taille des protéines (dans les composants MoFe et Fe).

Selon Postgate, les propriétés de la nitrogénase sont de type Cp (Clostridium pasteurianum) : elle possède du MoFe (Cp1) et Fe (Cp2) protéines qui ont un poids moléculaire de 2 20 000 daltons et 55 000 daltons, respectivement. La demi-vie de l'enzyme est assez courte.

(ii) Le type Kp (Klebsiella pneumoniae) :

Il a MoFe (Kp1) et Fe (Kp2) qui ont respectivement 2 18 000 daltons et 66 700 daltons de poids moléculaire.

(iii) Le type Ac (Azotobacter chroococcum) :

Il a MoFe (Ac1) et Fe (Ac2) qui ont respectivement un poids moléculaire de 2 27 000 et 64 000 daltons.

On observe que la demi-vie de l'enzyme des trois types d'unités Fe est beaucoup plus courte que celle des unités FeMo.

2. Nitrogénase alternative:

Le professeur P. Bishop et ses collègues aux États-Unis ont obtenu la preuve qu'Azotobacter vinelandii possède un autre type de nitrogénase. Les preuves génétiques ont révélé que leurs gènes normaux pour la nitrogénase (nif YKDH) ont été supprimés. Cette nitrogénase a ensuite été isolée à partir d'A. chroococcum. Il se compose de deux protéines, une grande et hétéromère, une plus petite, très semblable à la protéine Fe régulière, les deux sont sensibles à l'O2.

L'enzyme évolue une molécule de H2 et réduit l'acétylène. La plus grande partie de la sous-unité protéique de l'enzyme contient du vanadium à la place de l'ion Mo du système conventionnel dans cette "nouvelle" nitrogénase. La V-nitrogénase réprimée par Mo suggère qu'elle fournit à Azotobacter un système physiologique de fixation de l'azote de "back-up" à utiliser en cas de manque de Mo.

3. Substrats pour la nitrogénase:

Pour l'activité enzymatique, un substrat approprié est requis afin de lier tous les sites actifs de l'enzyme pour obtenir un produit.

La réaction globale dans la réduction enzymatique de l'azote atmosphérique en ammoniac pourrait être postulée comme suit :

Il est intéressant de noter que l'extrait acellulaire d'Azotobacter et de Clostridium a converti l'azote de la même manière que les cellules bactériennes libres. Cela a finalement conduit à l'isolement initial et à la purification de l'enzyme de C. pasteurianum et A.chroococcum. De plus, l'enzyme était responsable de l'adsorption et de la réduction de N2 gaz.

Bien qu'il existe plusieurs substrats de la nitrogénase mais à l'exception de H2 la plupart des substrats sont des substrats non physiologiques car les inhibiteurs sont en fait réduits par la nitrogénase. En plus de cela, l'acétylène (HC = CH) est un substrat important et l'un des substrats fiables pour mesurer l'activité enzymatique par le test de réduction de l'acétylène. Il est également important de noter que la plupart des substrats ont une triple liaison dans leurs molécules similaire à l'azote (N = N).

Voici les substrats réactifs à la nitrogénase :

Dans la réduction de l'acétylène, le produit formé est l'éthylène c'est-à-dire HC = CH → H2C-CH2 qui nécessite deux électrons, tandis que la réduction de l'azote en ammoniac nécessite six électrons. L'azote est facilement réduit par rapport au reste des substrats.

S'il y a N2 fixation, simultanément H2 est également produit par certains des micro-organismes fixateurs d'azote. N2 la fixation est corrélée entre elles. La nitrogénase réduit l'ion H + et forme H-D en présence de deutérium. La réaction H-D suggère l'implication d'un intermédiaire di-imide lié dans N2 fixation.

Compte tenu de H2 évolution au cours de la fixation de l'azote, la réaction suivante a été suggérée :

N2 + 8H + + 8e – +16 ATP → 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

L'énergie nécessaire à la réaction de la nitrogénase provient des cycles métaboliques cellulaires sous forme d'ATP. Ceci est réalisé par photophosphorylation, phosphorylation oxydative ou dissimilation phosphoroclastique. Dans un processus ultérieur, le céto-acide est dissipé en phosphate d'acétyle, CO2 et H2.

Le pyruvate fonctionne à la fois comme donneur d'électrons et comme source d'énergie. Dans les réactions phosphoroclastiques, le pyruvate forme du phosphate d'acétyle qui en présence d'ADP donne naissance à de l'ATP. Les réducteurs sont les protéines porteuses d'électrons naturelles appelées ferredoxine md flavodoxine.

Dithionite (Na2S2O4) et certains colorants tels que le méthyl viologène et le benzyl viologène peuvent également servir de sources extracellulaires artificielles de donneurs d'électrons. Ce système enzymatique catalyse le transfert d'électrons du pyruvate ou de l'hydrogène à la ferredoxine ou à la flavodoxine.

(a) Ferrédoxines ou di-nitrogénase :

Les ferrédoxines sont des porteurs d'électrons, découverts par Mortenson et Caruahan en 1962 à partir de C. pasteurianum. Il s'agit d'une protéine porteuse de fer-soufre (Fe-S) d'origine naturelle (réversible). Il a maintenant été isolé à partir de nombre de cyanobactéries, de bactéries photosynthétiques et même de plantes supérieures.

Les ferredoxines sont impliquées dans divers processus physiologiques tels que la photosynthèse chez les plantes et le métabolisme du pyruvate chez les bactéries anaérobies. La ferredoxine impliquée dans N2 la fixation contient un groupe de quatre fers et quatre atomes de soufre dans la molécule. De nombreux amas fer-soufre similaires font partie des atomes de fer de la nitrogénase. L'ensemble de l'amas se comporte comme une unité oxydo-réductrice.

La résonance paramagnétique électronique indique que les ferredoxines des bactéries aérobies fixatrices d'azote telles que Azotobacter se comportent légèrement différemment de celles des anaérobies tels que Clostridium pasteurianum. Dans C. pasteurianum, la ferredoxine est la protéine réelle qui réagit avec la nitrogénase et fournit le pouvoir réducteur pour la conversion de N2 à NH3.

(b) Flavodoxines ou di-azote réductase :

Les bactéries se développent sous un apport limité en fer, c'est-à-dire dans des conditions de stress nutritionnel et produisent de la flavodoxine. Il a également été isolé au départ à partir de C.pasteurianum. Il est intéressant de noter qu'il s'est avéré remplacer la ferredoxine en tant que porteur d'électrons dans un grand nombre de réactions. Un porteur d'électrons nommé ‘azotoflavine’ a été isolé d'Azotobacter vinelandii possédant une activité biologique similaire à celle des ferredoxines.

Chez K.pneumoniae et A.chroococcum, les flavodoxines sont le principal réducteur de la nitrogénase. A. chroococcum flavodoxin est bleu lorsqu'il est à moitié réduit et incolore lorsqu'il est complètement réduit. La forme réduite de la flavodoxine est la forme quinone et semi-quinone.

Cette forme est exceptionnellement stable à l'oxydation par l'air, ce qui peut expliquer pourquoi cette protéine plutôt qu'une ferredoxine est particulièrement adaptée au mode de vie aérobie d'Azotobacter. Les flavodoxines ne contiennent pas d'atomes de fer, leur centre oxydo-réductible est une molécule fluorescente jaune appelée ‘flavine’.

Rôle du pyruvate et de la réaction ferrédoxine-nitrogénase :

La figure 14.6 montre le site actif de l'enzyme pour la réduction du substrat. On pense que cette enzyme est composée d'un site dinucléaire Mo-Fe ponté par du soufre ayant la taille et les caractéristiques électroniques appropriées pour fournir une distance Mo-Fe de 3,8 Å.

Cette distance est spécifique afin d'accueillir divers substrats de la nitrogénase dont l'azote et d'en exclure d'autres. La première réaction de réduction de l'azote est la formation d'un complexe linéaire d'azote avec l'atome de Fe de la nitrogénase.

Ceci est suivi par le transfert d'électrons de Mo qui est le point final du système d'activation d'électrons entraînant la formation de di-imide qui est stabilisé par une liaison hydrogène de la protéine ainsi que des liaisons azote métallique.

L'addition successive d'électrons produit de l'hydrazine suivie d'un clivage de la liaison N-N pour remplir deux molécules de NH3. L'augmentation de la longueur de liaison N-N pendant la réduction s'accompagne de changements compensatoires des angles MNN de sorte que la distance Mo-Fe reste constante.

4. Protéines électroniques:

MoFe (kp1) les protéines jouent un rôle clé dans la fixation de l'azote (liaison au substrat et réduction) avec la protéine Fe (kp2) qui aide au transfert d'électrons de la flavodoxine vers les plus grandes sous-unités et à la consommation d'ATP. Aucune des deux sous-unités protéiques ne peut fonctionner indépendamment (Fig. 14.7).

Les protéines Fe ont quatre centres Fe et un nombre égal de soufre, alors que le nombre de centres Fe dans la protéine MoFe varie. Il est 22-24 chez C.pasturianum. Un nombre équivalent de soufre inorganique est également présent. Contrairement à la protéine Fe, la protéine MoFe possède deux atomes de Mo supplémentaires. Mo est suggéré de jouer un rôle vital dans H2 évolution qui accompagne N2 fixation.

N2 le processus de réduction commence par le transfert d'un seul électron (2 molécules d'ATP) de la flavodoxine à la plus petite sous-unité de protéine Fe Kp2. À ce stade, deux molécules d'ATP se combinent avec deux ions pour former un complexe, Mg ATP qui se fixe à la protéine Fe et l'active pour transférer l'électron des atomes de fer de la protéine Fe à la protéine MoFe, avant d'atteindre le substrat lié.

La protéine MoFe devient instable et pour contrebalancer cet électron un ion H+ formé par dissociation de H2O vient se fixer au niveau de l'atome Mo de la protéine MoFe. Le flux d'électrons de la flavodoxine à la protéine MoFe via la protéine Fe est un processus répété. Chaque fois qu'un électron est transféré, il y a une consommation de deux molécules d'ATP.

Le deuxième électron est à nouveau équilibré par un autre ion H +. Lorsque le troisième électron est transféré à la protéine MoFe, les ions H + sont déplacés par l'azote conduisant au dégagement d'une molécule d'hydrogène. Ce troisième électron s'équilibre à nouveau par la fixation d'un ion H + à l'azote, c'est-à-dire HN = NH.

Ce processus de transfert d'électrons se poursuit jusqu'au transfert net de 8 électrons, réduisant ainsi N à NH3. La série de réactions impliquées par le transfert d'électrons est représentée sur la figure 14.7.

Ainsi, net 8 e – et 8H + sont impliqués dans la réduction de N2 à deux molécules d'ammoniac. Un électron utilise deux moles d'ATP. Par conséquent, 16 moles nettes d'ATP sont utilisées. Le H2 l'évolution est médiée par le transfert de deux électrons nets, conduisant ainsi à la perte de quatre molécules d'ATP. Il est évident que le processus de réduction de l'azote consomme 12 ATP et que le processus complet de fixation biologique de l'azote est encore plus coûteux.

La réaction enzymatique doit être écrite formellement comme suit :

N2 + 8H + + 16 ATP + 8 e – → 2 NH3 + H2 + 16 ADP

La fixation de l'azote est un processus réducteur où N2 est réduit pour donner NH3, un produit inorganique. Ces études ont été confirmées par autoradiographie (utilisation de 15 N2). D'autre part, le premier produit organique formé est l'acide glutamique.

Sur la base du nombre d'oxydation, l'échelle suivante est proposée :

Sur l'échelle ci-dessus, le NO3 est fortement oxydé et l'ammoniac est fortement réduit. Par conséquent, lors de la fixation de l'azote, une réduction continue va du nombre d'oxydation zéro à – 3.

5. Évolution de l'hydrogène:

Pour chaque N2 molécule fixée, une molécule de H2 est évolué. Ce processus est coûteux pour la fixation de l'azote en raison de l'implication de 16 molécules d'ATP, alors qu'une fixation similaire peut être maintenue en utilisant 12 molécules d'ATP.

Cela signifie que quatre molécules ne font que gaspiller. Pour surmonter ce processus, l'enzyme responsable de l'évolution normale de l'hydrogène (c'est-à-dire celle formée dans le métabolisme normal de ces bactéries, et non via la nitrogénase) est appelée hydrogénase, et elle peut catalyser à la fois l'absorption et l'évolution de l'hydrogène.

L'hydrogène est piégé par l'hydrogénase dans Azotobacter et recyclé. L'utilisation d'hydrogène recyclé pour générer de l'ATP supplémentaire peut contribuer à l'économie d'ATP exceptionnellement efficace d'Azotobacter.

Certains rhizobiums présentent également une réaction similaire à celle des cyanobactéries et des bactéries photosynthétiques qui présentent une photo-évolution de l'hydrogène. Non-H2-la symbiose évolutive appelée ‘tight’ fixe plus d'azote par unité d'énergie solaire que celle ‘loose’ (H2-évolutive). Les associations non légumineuses ont été « plus étroites » que dans la plupart des associations légumineuses.


Micro-organismes présents dans divers produits alimentaires

Les fruits et légumes sont généralement contaminés par des bactéries, notamment des espèces de Bacillus, Enterobacter, Lactobacillus, Leuconostoc, Pseudomonas, Sarcina, Staphylococcus, Streptococcus etc.

Diverses moisissures et levures habitent également les fruits et légumes. Les fruits et légumes pourrissent à cause de la dégradation microbienne de la pectine, la substance responsable du maintien de la fermeté et de la texture des fruits et légumes.

Les microbes produisent des pectines estérases et des enzymes polygalacturonases qui hydrolysent les pectines, entraînant la formation de pourritures molles dans les fruits et légumes. 20% des récoltes de fruits et légumes sont perdues à cause de la détérioration principalement à cause des activités des bactéries et des micro-champignons.

(i) Contamination par infection :

Les fruits et légumes sont normalement sensibles aux infections bactériennes, fongiques et virales. Ces infections envahissent les tissus des fruits et légumes à divers stades de leur développement et entraînent une détérioration ultérieure.

(ii) Contamination par la manutention post-récolte :

Habituellement, la manipulation mécanique des fruits et légumes pendant la période post-récolte produit des "ruptures" qui invitent à l'invasion microbienne. Étant donné que le pH des fruits est relativement acide (c'est-à-dire riche en sucre), ils sont plus sensibles aux champignons contrairement aux légumes qui sont plus sensibles aux bactéries en raison de leur pH légèrement plus élevé (5,0 à 7,0 de moins en sucre).

Les céréales et les produits céréaliers contiennent des micro-organismes provenant d'insectes, du sol et d'autres sources. Bacillus, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas, etc. sont les bactéries que l'on trouve généralement sur les grains fraîchement récoltés.

Les farines de blé sont principalement contaminées par des bactéries telles que des espèces de Bacillus, Micrococcus, Sarcina, Serratia, des coliformes, etc. Des moisissures comme Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Neurospora, Endomyces sont également très courantes.

Micro-organismes des produits alimentaires d'origine animale:

Les parties intérieures de la viande sont généralement exemptes de contaminations microbiennes si l'animal sain est correctement abattu. La viande fraîchement coupée est immédiatement contaminée par des micro-organismes dérivés des globes, des mains, des outils utilisés pour couper les viandes, les peaux, les poils, les intestins des animaux et l'air de l'abattoir.

Chaque nouvelle surface de viande, résultant d'une nouvelle coupe, ajoute plus de micro-organismes au tissu exposé. Les micro-organismes les plus courants sur les viandes fraîches comprennent à la fois les bactéries et les moisissures. Les bactéries telles que les espèces de Bacillus, Clostridium.

Escherichia, Pseudomonas, Lactobacillus, Micrococcus. Streptocoque, Sarcina. Les salmonelles sont les plus fréquentes. Les moisissures qui contaminent la viande fraîche comprennent Cladosporium, Geotrichum, Mucor, Penicillium, Sporotrichum, etc. Les levures sont moins fréquentes.

Les œufs propres dont la coquille n'est pas fêlée ne contiennent normalement pas de micro-organismes. Les mauvaises conditions sanitaires et de stockage dans lesquelles il est conservé déterminent son contenu microbien ultérieur.

Les bactéries et les moisissures peuvent pénétrer dans l'œuf par les fissures de la coquille. La flore microbienne récupérée des coquilles d'œufs comprend généralement les espèces de bactéries Micrococcus, Pseudomonas, Streptococcus, Staphylococcus, Sarcina et les moisissures.

La surface des volailles éviscérées fraîchement habillées possède une flore microbienne qui est dérivée des oiseaux vivants ou des manipulations lors des abattages, du plumage et de l'éviscération. Les espèces de Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Proteus, Pseudomonas, Salmonella et Staphylococcus constituent la principale flore microbienne sur la peau des volailles éviscérées fraîchement habillées.

La flore microbienne des poissons fraîchement pêchés reflète généralement les conditions microbiennes de l'eau d'où ils sont pêchés. La microflore des poissons comprend des bactéries comme Alcaligenes, Micrococcus, Pseudomonas, Serratia, Vibrio, etc.

Lorsque les poissons sont nettoyés et découpés à bord du navire dans de mauvaises conditions de manipulation, ils invitent davantage de micro-organismes à s'y développer. Ces microorganismes peuvent être examplifiés par les espèces d'Achromonobacter, Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas, etc.

Micro-organismes des produits alimentaires transformés:

La qualité et la quantité des micro-organismes associés aux aliments transformés, y compris les aliments cuits et fermentés, dépendent des ingrédients utilisés et des méthodes de traitement. Les micro-organismes présents dans la farine, le sucre, la graisse, le lait, les œufs, l'eau, les colorants, les manipulations, les instruments, etc. peuvent contaminer les produits alimentaires cuits.

Les bactéries sporulées peuvent échapper à la destruction et devenir responsables du caractère moelleux du pain cuit pendant le processus de cuisson. Le caractère moelleux du pain est causé par Bacillus subtilis ou Bacillus licheniformis. De plus, les produits de boulangerie sont sujets à la contamination par des moisissures telles que Mucor, Rhizopus, Aspergillus, etc.

Les aliments fermentés comme les cornichons sont contaminés par des micro-organismes par l'air, l'homme et l'équipement. La plupart de ces organismes ne se multiplient pas car la réduction du milieu est considérablement acide. Certaines levures et formes apparentées telles que Torula, Oidium, etc., qui sont tolérantes aux acides, s'établissent dans ces aliments lors de l'exposition.


Culture de micro-organismes | Microbiologie

Il existe d'innombrables micro-organismes et, par conséquent, il est essentiel de préparer un milieu pour étudier leurs caractéristiques morphologiques, biochimiques, diagnostiques et autres de nature fondamentale et appliquée. Généralement, toute préparation liquide ou solide spécialement conçue pour la croissance, le stockage ou le transport de micro-organismes ou d'autres types de cellules est désignée comme un milieu par les étudiants en microbiologie.

Les milieux de croissance peuvent être utilisés pour l'initiation d'une culture ou d'une sous-culture pour des tests d'enrichissement, d'identification ou de diagnostic. Il existe des milieux spéciaux pour la croissance et le maintien de cellules de mammifères, de cellules végétales, de protoplastes et d'autres types de cellules en culture tissulaire.

Il existe de nombreuses bactéries chimiotrophes qui peuvent être cultivées dans des milieux aqueux simples contenant principalement ou uniquement un mélange de sels inorganiques. Les hétérotrophes nutritionnellement simples (peu exigeants) peuvent être cultivés sur une large gamme de milieux de culture comme le bouillon nutritif et l'eau peptonée. Mais les hétérotrophes nutritionnellement exigeants ne peuvent être cultivés que sur un milieu enrichi.

Les anaérobies stricts sont souvent cultivés sur des supports pré-réduits, ce qui signifie des supports en équilibre à ou en dessous d'un potentiel redox particulier (potentiel d'oxydation-réduction représenté par Eh). Les agents d'empoisonnement utilisés dans les milieux sont l'acide ascorbique, le chlorhydrate de cystéine et le thioglycolate.

Le poising est analogue à la mise en mémoire tampon dans le contexte du pH, c'est-à-dire l'Eh produit dépend du rapport oxydé : agent d'empoisonnement réduit. La stabilité de Eh est influencée par la quantité absolue d'agent d'enrobage dans le milieu. Les milieux solides sont préparés à partir de milieux liquides qui ont été solidifiés ou gélifiés avec un agent tel que la gélose ou la gélatine. Les autres gélifiants sont l'alginate, la gelrite et le polyol pluronique F 127.

Le milieu qui, sans supplément, peut favoriser la croissance d'espèces bactériennes peu exigeantes sur le plan nutritionnel est souvent appelé milieu de base. Le milieu dans lequel tous les ingrédients, y compris les substances traces, sont connus quantitativement est appelé milieu défini.

Le milieu solide sur lequel différents types d'organismes peuvent être distingués par leurs différentes formes de croissance est appelé milieu différentiel. Un milieu qui contient des substances qui encouragent la croissance des organismes requis et/ou inhibent la croissance d'autres types d'organismes est appelé milieu d'enrichissement, par exemple un bouillon au sélénite et un bouillon au tétrathionate.

Le milieu utilisé pour la croissance initiale et le stockage ultérieur dans des conditions de croissance minimale est appelé milieu de maintenance. Le milieu d'entretien pour micro-organismes est utilisé pour préparer une culture des organismes donnés qui peut être conservée soit à température ambiante, soit sous réfrigération.

Ses repiquages ​​sont nécessaires à des intervalles allant de 1 à 12 mois. Les constituants du milieu d'entretien sont souvent d'une consistance minimale avec la nécessité de maintenir la viabilité des organismes cultivés, par exemple, le milieu de viande cuite et l'œuf de Dorset.

Les milieux communs pour la culture des bactéries, souvent nécessaires en laboratoire sont :

1. Milieu chimiquement défini :

Utilisé pour cultiver des chimioautotrophes et des photoautotrophes et pour des analyses microbiologiques.

Utilisé pour cultiver la plupart des organismes chimiohétérotrophes.

3. Milieu de croissance anaérobie :

Utilisé pour cultiver des anaérobies stricts.

Utilisé pour supprimer les microbes indésirables et encourager les micro-organismes souhaités.

Ceux-ci sont utilisés pour distinguer les colonies de micro-organismes souhaités des autres.

Ceux-ci sont similaires aux milieux sélectifs mais sont conçus pour augmenter le nombre de micro-organismes souhaités à un niveau détectable.

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Précurseurs antiques Modifier

L'existence possible d'organismes microscopiques a été discutée pendant de nombreux siècles avant leur découverte au 17ème siècle. Au Ve siècle av. J.-C., les jaïns de l'Inde actuelle postulaient l'existence de minuscules organismes appelés nigodas. [6] On dit que ces nigodas sont nés en grappes, ils vivent partout, y compris les corps de plantes, d'animaux et de personnes et leur vie ne dure qu'une fraction de seconde. [7] Selon le chef jaïn Mahavira, les humains détruisent ces nigodas à grande échelle, lorsqu'ils mangent, respirent, s'assoient et bougent. [6] De nombreux jaïns modernes affirment que les enseignements de Mahavira présagent l'existence de micro-organismes tels que découverts par la science moderne. [8]

La première idée connue pour indiquer la possibilité de propagation de maladies par des organismes encore invisibles était celle du savant romain Marcus Terentius Varro dans un livre du 1er siècle avant JC intitulé Sur l'agriculture dans lequel il a appelé les créatures invisibles animalcules, et met en garde contre la localisation d'une ferme près d'un marais : [9]

… et parce qu'il existe certaines créatures minuscules qui ne peuvent pas être vues par les yeux, qui flottent dans l'air et pénètrent dans le corps par la bouche et le nez et causent de graves maladies. [9]

Dans Le Canon de la Médecine (1020), Avicenne a suggéré que la tuberculose et d'autres maladies pourraient être contagieuses. [10] [11]

Début de la modernité Modifier

Mon travail, que j'ai fait depuis longtemps, n'a pas été poursuivi pour gagner les éloges dont je jouis aujourd'hui, mais principalement par une soif de connaissances, que je remarque réside en moi plus que chez la plupart des autres hommes. Et en même temps, chaque fois que j'ai découvert quelque chose de remarquable, j'ai pensé qu'il était de mon devoir de mettre ma découverte sur papier, afin que toutes les personnes ingénieuses puissent en être informées.

Antony van Leeuwenhoek reste l'une des figures les plus imparfaitement comprises des origines de la biologie expérimentale. L'opinion populaire est que Leeuwenhoek a travaillé d'une manière essentiellement grossière et indisciplinée, en utilisant des méthodes d'enquête non éprouvées qui manquaient de raffinement et d'objectivité. Il a souvent été désigné comme un « dilettante ». Ses microscopes, en outre, ont été décrits comme primitifs et des doutes ont été exprimés sur sa capacité à avoir fait nombre des observations qui lui sont attribuées. Des recherches récentes montrent que ces points de vue sont erronés. Son travail a été effectué consciencieusement, et les observations ont été enregistrées avec une diligence méticuleuse. Bien que nous puissions voir des preuves de sa compréhension globuliste de la matière organique (ce point de vue a souvent été cité comme preuve de ses insuffisances d'observation), cette préoccupation mineure ne peut pas faire oublier deux principes fermes qui sous-tendent son travail : (a) une capacité claire à construire des expériences procédures qui étaient, pour l'époque, rationnelles et reproductibles, et (b) une volonté à la fois de défier l'opinion reçue - par exemple, sur la question de la génération spontanée - et d'abandonner une croyance antérieure à la lumière de nouvelles preuve. Dans sa méthode d'analyse d'un problème, Leeuwenhoek était capable de poser de nombreuses règles de base de l'expérimentation et a fait beaucoup pour fonder non seulement la science de la microscopie, mais aussi la philosophie de l'expérimentation biologique.

Leeuwenhoek est universellement reconnu comme le père de la microbiologie. Il a découvert à la fois des protistes et des bactéries. Plus que d'être le premier à voir ce monde inimaginable d'« animalcules », il fut le premier même à penser à regarder - certainement, le premier à avoir le pouvoir de voir. À l'aide de ses propres microscopes à lentille unique d'une simplicité trompeuse, il ne s'est pas contenté d'observer, mais a mené des expériences ingénieuses, explorant et manipulant son univers microscopique avec une curiosité qui démentait son manque de carte ou de repères. Leeuwenhoek était un pionnier, un scientifique du plus haut calibre, mais sa réputation a souffert aux mains de ceux qui enviaient sa renommée ou méprisaient ses origines non scolarisées, ainsi que par son propre secret méfiant de ses méthodes, qui a ouvert un monde que d'autres pourraient pas comprendre.

Akshamsaddin (scientifique turc) a mentionné le microbe dans son travail Maddat ul-Hayat (The Material of Life) environ deux siècles avant la découverte expérimentale d'Antonie Van Leeuwenhoek :

Il est incorrect de supposer que les maladies apparaissent une à une chez l'homme. La maladie s'infecte en se propageant d'une personne à une autre. Cette infection se produit par des graines si petites qu'elles ne peuvent pas être vues mais qu'elles sont vivantes. [13] [14]

En 1546, Girolamo Fracastoro a proposé que les maladies épidémiques soient causées par des entités semblables à des graines transférables qui pourraient transmettre l'infection par contact direct ou indirect, ou même sans contact sur de longues distances. [15]

Antonie Van Leeuwenhoek est considéré comme le père de la microbiologie. Il fut le premier en 1673 à découvrir et à mener des expériences scientifiques avec des micro-organismes, en utilisant de simples microscopes à lentille unique de sa propre conception. [16] [17] [4] [18] Robert Hooke, un contemporain de Leeuwenhoek, a également utilisé la microscopie pour observer la vie microbienne sous la forme des fructifications des moisissures. Dans son livre de 1665 Micrographie, il a fait des dessins d'études, et il a inventé le terme cellule. [19]

19ème siècle Modifier

Louis Pasteur (1822-1895) a exposé les bouillons bouillis à l'air, dans des récipients contenant un filtre pour empêcher les particules de traverser le milieu de croissance, et également dans des récipients sans filtre, mais avec de l'air admis via un tube incurvé pour que la poussière les particules se déposeraient et n'entreraient pas en contact avec le bouillon. En faisant bouillir le bouillon au préalable, Pasteur s'est assuré qu'aucun micro-organisme ne survivait dans les bouillons au début de son expérience. Rien n'a poussé dans les bouillons au cours de l'expérience de Pasteur. Cela signifiait que les organismes vivants qui poussaient dans de tels bouillons provenaient de l'extérieur, sous forme de spores sur la poussière, plutôt que générés spontanément dans le bouillon. Ainsi, Pasteur a réfuté la théorie de la génération spontanée et a soutenu la théorie des germes de la maladie. [20]

En 1876, Robert Koch (1843-1910) a établi que les micro-organismes peuvent provoquer des maladies. Il a découvert que le sang des bovins infectés par l'anthrax contenait toujours un grand nombre de Bacillus anthracis. Koch a découvert qu'il pouvait transmettre la fièvre charbonneuse d'un animal à un autre en prélevant un petit échantillon de sang de l'animal infecté et en l'injectant dans un animal sain, ce qui a rendu l'animal sain malade. Il a également découvert qu'il pouvait cultiver la bactérie dans un bouillon nutritif, puis l'injecter dans un animal en bonne santé et provoquer une maladie. Sur la base de ces expériences, il a conçu des critères pour établir un lien de causalité entre un micro-organisme et une maladie et ceux-ci sont maintenant connus sous le nom de postulats de Koch. [21] Bien que ces postulats ne puissent pas être appliqués dans tous les cas, ils conservent une importance historique pour le développement de la pensée scientifique et sont encore utilisés aujourd'hui. [22]

La découverte de micro-organismes tels que Euglena qui ne correspondaient ni au règne animal ni au règne végétal, car ils étaient photosynthétiques comme les plantes, mais mobiles comme les animaux, ont conduit à la désignation d'un troisième règne dans les années 1860. En 1860, John Hogg l'appela le Protoctista, et en 1866 Ernst Haeckel le nomma Protista. [23] [24] [25]

Les travaux de Pasteur et Koch n'ont pas reflété avec précision la véritable diversité du monde microbien en raison de leur concentration exclusive sur les micro-organismes ayant une pertinence médicale directe. Ce n'est que dans les travaux de Martinus Beijerinck et de Sergei Winogradsky à la fin du XIXe siècle que la véritable ampleur de la microbiologie a été révélée.[26] Beijerinck a apporté deux contributions majeures à la microbiologie : la découverte de virus et le développement de techniques de culture d'enrichissement. [27] Alors que ses travaux sur le virus de la mosaïque du tabac ont établi les principes de base de la virologie, c'est son développement de la culture d'enrichissement qui a eu l'impact le plus immédiat sur la microbiologie en permettant la culture d'un large éventail de microbes avec des physiologies très différentes. Winogradsky fut le premier à développer le concept de chimiolithotrophie et à révéler ainsi le rôle essentiel joué par les micro-organismes dans les processus géochimiques. [28] Il était responsable du premier isolement et de la description des bactéries nitrifiantes et fixatrices d'azote. [26] Le microbiologiste canadien-français Félix d'Hérelle a co-découvert les bactériophages et a été l'un des premiers microbiologistes appliqués. [29]

Les micro-organismes peuvent être trouvés presque partout sur Terre. Les bactéries et les archées sont presque toujours microscopiques, tandis qu'un certain nombre d'eucaryotes sont également microscopiques, notamment la plupart des protistes, certains champignons, ainsi que certains micro-animaux et plantes. Les virus sont généralement considérés comme non vivants et donc pas considérés comme des micro-organismes, bien qu'un sous-domaine de la microbiologie soit la virologie, l'étude des virus. [30] [31] [32]

Évolution Modifier

Les micro-organismes unicellulaires ont été les premières formes de vie à se développer sur Terre, il y a environ 3,5 milliards d'années. [33] [34] [35] L'évolution ultérieure était lente, [36] et pendant environ 3 milliards d'années dans l'éon Précambrien, (une grande partie de l'histoire de la vie sur Terre), tous les organismes étaient des micro-organismes. [37] [38] Des bactéries, des algues et des champignons ont été identifiés dans de l'ambre vieux de 220 millions d'années, ce qui montre que la morphologie des micro-organismes a peu changé depuis au moins la période triasique. [39] Cependant, le rôle biologique nouvellement découvert joué par le nickel - en particulier celui provoqué par les éruptions volcaniques des pièges sibériens - peut avoir accéléré l'évolution des méthanogènes vers la fin de l'événement d'extinction Permien-Trias. [40]

Les micro-organismes ont tendance à avoir un taux d'évolution relativement rapide. La plupart des micro-organismes peuvent se reproduire rapidement, et les bactéries sont également capables d'échanger librement des gènes par conjugaison, transformation et transduction, même entre des espèces très divergentes. [41] Ce transfert horizontal de gènes, associé à un taux de mutation élevé et à d'autres moyens de transformation, permet aux micro-organismes d'évoluer rapidement (via la sélection naturelle) pour survivre dans de nouveaux environnements et répondre aux stress environnementaux. Cette évolution rapide est importante en médecine, car elle a conduit au développement de bactéries pathogènes multirésistantes, les superbactéries, qui résistent aux antibiotiques. [42]

Une possible forme de transition de micro-organisme entre un procaryote et un eucaryote a été découverte en 2012 par des scientifiques japonais. Parakaryon myojinensis est un micro-organisme unique plus grand qu'un procaryote typique, mais avec du matériel nucléaire enfermé dans une membrane comme dans un eucaryote, et la présence d'endosymbiotes. Ceci est considéré comme la première forme évolutive plausible de micro-organisme, montrant un stade de développement du procaryote à l'eucaryote. [43] [44]

Archaea Modifier

Les archées sont des organismes unicellulaires procaryotes et forment le premier domaine de la vie, dans le système à trois domaines de Carl Woese. Un procaryote est défini comme n'ayant pas de noyau cellulaire ou d'autre organite lié à la membrane. Les archées partagent cette caractéristique déterminante avec les bactéries avec lesquelles elles étaient autrefois groupées. En 1990, le microbiologiste Woese a proposé le système à trois domaines qui divise les êtres vivants en bactéries, archées et eucaryotes, [45] et divise ainsi le domaine procaryote.

Les archées diffèrent des bactéries à la fois par leur génétique et leur biochimie. Par exemple, alors que les membranes cellulaires bactériennes sont constituées de phosphoglycérides avec des liaisons ester, les membranes archéennes sont constituées de lipides éther. [46] Les archées ont été décrites à l'origine comme des extrêmophiles vivant dans des environnements extrêmes, tels que des sources chaudes, mais ont depuis été trouvées dans tous les types d'habitats. [47] Ce n'est que maintenant que les scientifiques commencent à réaliser à quel point les archées sont communes dans l'environnement, les Crenarchaeota étant la forme de vie la plus courante dans l'océan, dominant les écosystèmes à moins de 150 m de profondeur. [48] ​​[49] Ces organismes sont également communs dans le sol et jouent un rôle vital dans l'oxydation de l'ammoniac. [50]

Les domaines combinés des archées et des bactéries constituent le groupe d'organismes le plus diversifié et le plus abondant sur Terre et habitent pratiquement tous les environnements où la température est inférieure à +140 °C. On les trouve dans l'eau, le sol, l'air, le microbiome d'un organisme, les sources chaudes et même profondément sous la croûte terrestre dans les roches. [51] Le nombre de procaryotes est estimé à environ cinq non-millions, ou 5 × 10 30 , représentant au moins la moitié de la biomasse sur Terre. [52]

La biodiversité des procaryotes est inconnue, mais peut être très importante. Une estimation de mai 2016, basée sur les lois de mise à l'échelle du nombre connu d'espèces par rapport à la taille de l'organisme, donne une estimation de peut-être 1 billion d'espèces sur la planète, dont la plupart seraient des micro-organismes. Actuellement, seulement un millième d'un pour cent de ce total a été décrit. [53] Les cellules Archael de certaines espèces s'agrègent et transfèrent l'ADN d'une cellule à l'autre par contact direct, en particulier dans des conditions environnementales stressantes qui causent des dommages à l'ADN. [54] [55]

Bactéries Modifier

Les bactéries comme les archées sont procaryotes - unicellulaires et n'ont pas de noyau cellulaire ou d'autre organite lié à la membrane. Les bactéries sont microscopiques, à quelques exceptions extrêmement rares, telles que Thiomargarita namibiensis. [56] Les bactéries fonctionnent et se reproduisent en tant que cellules individuelles, mais elles peuvent souvent s'agréger en colonies multicellulaires. [57] Certaines espèces telles que les myxobactéries peuvent s'agréger en structures d'essaimage complexes, fonctionnant comme des groupes multicellulaires dans le cadre de leur cycle de vie, [58] ou former des grappes dans des colonies bactériennes telles que E. coli.

Leur génome est généralement un chromosome bactérien circulaire - une seule boucle d'ADN, bien qu'ils puissent également contenir de petits morceaux d'ADN appelés plasmides. Ces plasmides peuvent être transférés entre les cellules par conjugaison bactérienne. Les bactéries ont une paroi cellulaire enveloppante, qui confère force et rigidité à leurs cellules. Ils se reproduisent par fission binaire ou parfois par bourgeonnement, mais ne subissent pas de reproduction sexuée méiotique. Cependant, de nombreuses espèces bactériennes peuvent transférer de l'ADN entre des cellules individuelles par un processus de transfert de gène horizontal appelé transformation naturelle. [59] Certaines espèces forment des spores extraordinairement résistantes, mais pour les bactéries, il s'agit d'un mécanisme de survie, pas de reproduction. Dans des conditions optimales, les bactéries peuvent se développer extrêmement rapidement et leur nombre peut doubler aussi rapidement que toutes les 20 minutes. [60]

Eucaryotes Modifier

La plupart des êtres vivants visibles à l'œil nu sous leur forme adulte sont des eucaryotes, y compris les humains. Cependant, de nombreux eucaryotes sont également des micro-organismes. Contrairement aux bactéries et aux archées, les eucaryotes contiennent des organites tels que le noyau cellulaire, l'appareil de Golgi et les mitochondries dans leurs cellules. Le noyau est un organite qui abrite l'ADN qui constitue le génome d'une cellule. L'ADN (acide désoxyribonucléique) lui-même est disposé en chromosomes complexes. [61] Les mitochondries sont des organites vitaux dans le métabolisme car elles sont le site du cycle de l'acide citrique et de la phosphorylation oxydative. Ils ont évolué à partir de bactéries symbiotiques et conservent un génome résiduel. [62] Comme les bactéries, les cellules végétales ont des parois cellulaires et contiennent des organites tels que des chloroplastes en plus des organites d'autres eucaryotes. Les chloroplastes produisent de l'énergie à partir de la lumière par photosynthèse et étaient également à l'origine des bactéries symbiotiques. [62]

Les eucaryotes unicellulaires sont constitués d'une seule cellule tout au long de leur cycle de vie. Cette qualification est importante puisque la plupart des eucaryotes multicellulaires sont constitués d'une seule cellule appelée zygote uniquement au début de leur cycle de vie. Les eucaryotes microbiens peuvent être haploïdes ou diploïdes, et certains organismes ont des noyaux cellulaires multiples. [63]

Les eucaryotes unicellulaires se reproduisent généralement de manière asexuée par mitose dans des conditions favorables. Cependant, dans des conditions stressantes telles que des limitations nutritionnelles et d'autres conditions associées à des dommages à l'ADN, ils ont tendance à se reproduire sexuellement par méiose et syngamie. [64]

Protistes Modifier

Parmi les groupes eucaryotes, les protistes sont le plus souvent unicellulaires et microscopiques. Il s'agit d'un groupe très diversifié d'organismes qui ne sont pas faciles à classer. [65] [66] Plusieurs espèces d'algues sont des protistes multicellulaires et les moisissures visqueuses ont des cycles de vie uniques qui impliquent la commutation entre les formes unicellulaires, coloniales et multicellulaires. [67] Le nombre d'espèces de protistes est inconnu puisque seule une petite proportion a été identifiée. La diversité des protistes est élevée dans les océans, les évents marins profonds, les sédiments fluviaux et une rivière acide, ce qui suggère que de nombreuses communautés microbiennes eucaryotes peuvent encore être découvertes. [68] [69]

Champignons Modifier

Les champignons ont plusieurs espèces unicellulaires, comme la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) et la levure de fission (Schizosaccharomyces pombe). Certains champignons, comme la levure pathogène Candida albicans, peuvent subir une commutation phénotypique et se développer sous forme de cellules individuelles dans certains environnements, et d'hyphes filamenteux dans d'autres. [70]

Plantes Modifier

Les algues vertes sont un grand groupe d'eucaryotes photosynthétiques qui comprennent de nombreux organismes microscopiques. Bien que certaines algues vertes soient classées comme protistes, d'autres, telles que les charophytes, sont classées avec les plantes embryophytes, qui constituent le groupe de plantes terrestres le plus connu. Les algues peuvent se développer sous forme de cellules individuelles ou en longues chaînes de cellules. Les algues vertes comprennent des flagellés unicellulaires et coloniaux, généralement mais pas toujours avec deux flagelles par cellule, ainsi que diverses formes coloniales, coccoïdes et filamenteuses. Chez les Charales, qui sont les algues les plus proches des plantes supérieures, les cellules se différencient en plusieurs tissus distincts au sein de l'organisme. Il existe environ 6000 espèces d'algues vertes. [71]

Les micro-organismes se trouvent dans presque tous les habitats présents dans la nature, y compris les environnements hostiles tels que les pôles Nord et Sud, les déserts, les geysers et les rochers. Ils comprennent également tous les micro-organismes marins des océans et des grands fonds. Certains types de micro-organismes se sont adaptés à des environnements extrêmes et ont soutenu des colonies, ces organismes sont connus sous le nom d'extrêmophiles. Des extrêmophiles ont été isolés de roches jusqu'à 7 kilomètres sous la surface de la Terre [72] et il a été suggéré que la quantité d'organismes vivant sous la surface de la Terre est comparable à la quantité de vie sur ou au-dessus de la surface. [51] Les extrêmophiles sont connus pour survivre pendant une période prolongée dans le vide et peuvent être très résistants aux radiations, ce qui peut même leur permettre de survivre dans l'espace. [73] De nombreux types de micro-organismes ont des relations symbiotiques intimes avec d'autres organismes plus grands dont certains sont mutuellement bénéfiques (mutualisme), tandis que d'autres peuvent être dommageables pour l'organisme hôte (parasitisme). Si les micro-organismes peuvent provoquer une maladie chez un hôte, ils sont appelés agents pathogènes et sont parfois appelés microbes. Les micro-organismes jouent un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques de la Terre car ils sont responsables de la décomposition et de la fixation de l'azote. [74]

Les bactéries utilisent des réseaux de régulation qui leur permettent de s'adapter à presque toutes les niches environnementales de la planète. [75] [76] Un réseau d'interactions entre divers types de molécules, y compris l'ADN, l'ARN, les protéines et les métabolites, est utilisé par les bactéries pour obtenir la régulation de l'expression génique. Chez les bactéries, la fonction principale des réseaux de régulation est de contrôler la réponse aux changements environnementaux, par exemple l'état nutritionnel et le stress environnemental. [77] Une organisation complexe de réseaux permet au micro-organisme de coordonner et d'intégrer de multiples signaux environnementaux. [75]

Extrémophiles Modifier

Les extrêmophiles sont des micro-organismes qui se sont adaptés pour pouvoir survivre et même prospérer dans des environnements extrêmes qui sont normalement mortels pour la plupart des formes de vie. Les thermophiles et les hyperthermophiles prospèrent à haute température. Les psychrophiles prospèrent à des températures extrêmement basses. – Températures aussi élevées que 130 °C (266 °F), [78] aussi basses que −17 °C (1 °F) [79] Halophiles tels que Halobacterium salinarum (un archéen) prospèrent dans des conditions salines élevées, jusqu'à saturation. [80] Les alcaliphiles prospèrent dans un pH alcalin d'environ 8,5 à 11. [81] Les acidophiles peuvent prospérer dans un pH de 2,0 ou moins. [82] Les piézophiles prospèrent à des pressions très élevées : jusqu'à 1 000–2 000 atm, jusqu'à 0 atm comme dans le vide de l'espace. [83] Quelques extrêmophiles comme Déinocoque radiodurans sont radiorésistants, [84] résistant à une exposition aux rayonnements allant jusqu'à 5k Gy. Les extrêmophiles sont importants de différentes manières. Ils prolongent la vie terrestre dans une grande partie de l'hydrosphère, de la croûte et de l'atmosphère terrestres, leurs mécanismes d'adaptation évolutifs spécifiques à leur environnement extrême peuvent être exploités en biotechnologie, et leur existence même dans des conditions aussi extrêmes augmente le potentiel de vie extraterrestre. [85]

Dans le sol Modifier

Le cycle de l'azote dans les sols dépend de la fixation de l'azote atmosphérique. Ceci est réalisé par un certain nombre de diazotrophes. Cela peut se produire par exemple dans les nodules racinaires des légumineuses qui contiennent des bactéries symbiotiques du genre Rhizobium, Mésorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium, et Azorhizobium. [86]

Les racines des plantes créent une région étroite connue sous le nom de rhizosphère qui soutient de nombreux micro-organismes connus sous le nom de microbiome racinaire. [87]

Symbiose Modifier

Un lichen est une symbiose d'un champignon macroscopique avec des algues microbiennes photosynthétiques ou des cyanobactéries. [88] [89]

Les micro-organismes sont utiles pour produire des aliments, traiter les eaux usées, créer des biocarburants et un large éventail de produits chimiques et d'enzymes. Ils sont inestimables dans la recherche en tant qu'organismes modèles. Ils ont été transformés en armes et parfois utilisés dans la guerre et le bioterrorisme. Ils sont vitaux pour l'agriculture par leur rôle dans le maintien de la fertilité des sols et dans la décomposition de la matière organique.

Production alimentaire Modifier

Les micro-organismes sont utilisés dans un processus de fermentation pour fabriquer du yaourt, du fromage, du caillé, du kéfir, de l'ayran, du xynogala et d'autres types d'aliments. Les cultures de fermentation fournissent une saveur et un arôme et inhibent les organismes indésirables. [90] Ils sont utilisés pour faire lever le pain et convertir les sucres en alcool dans le vin et la bière. Les micro-organismes sont utilisés dans le brassage, la vinification, la cuisson, le décapage et d'autres procédés de fabrication d'aliments. [91]

Quelques utilisations industrielles des Microorganismes :

Produit Apport des micro-organismes
Du fromage La croissance des micro-organismes contribue à la maturation et à la saveur. La saveur et l'apparence d'un fromage particulier sont dues en grande partie aux micro-organismes qui lui sont associés. Lactobacille Bulgaricus est l'un des microbes utilisés dans la production de produits laitiers
Breuvages alcoolisés la levure est utilisée pour convertir le sucre, le jus de raisin ou les grains traités au malt en alcool. d'autres micro-organismes peuvent également être utilisés un moule convertit l'amidon en sucre pour faire le vin de riz japonais, le saké. Acetobacter Aceti une sorte de bactérie est utilisée dans la production de boissons alcoolisées
Le vinaigre Certaines bactéries sont utilisées pour convertir l'alcool en acide acétique, ce qui donne au vinaigre son goût acide. Acetobacter Aceti est utilisé sur la production de vinaigre qui donne au vinaigre une odeur d'alcool et un goût alcoolisé
Acide citrique Certains champignons sont utilisés pour fabriquer de l'acide citrique, un ingrédient courant des boissons gazeuses et d'autres aliments.
Vitamines Les micro-organismes sont utilisés pour fabriquer des vitamines, notamment C, B2 , B12.
Antibiotiques À quelques exceptions près, les micro-organismes sont utilisés pour fabriquer des antibiotiques. Pénicilline, amoxicilline, tétracycline et érythromycine

Traitement de l'eau Modifier

Ceux-ci dépendent de leur capacité à nettoyer l'eau contaminée par des matières organiques sur des micro-organismes qui peuvent respirer des substances dissoutes. La respiration peut être aérobie, avec un lit filtrant bien oxygéné tel qu'un filtre à sable lent. [92] La digestion anaérobie par les méthanogènes génère du méthane utile comme sous-produit. [93]

Énergie Modifier

Les micro-organismes sont utilisés dans la fermentation pour produire de l'éthanol [94] et dans les réacteurs à biogaz pour produire du méthane. [95] Les scientifiques étudient l'utilisation des algues pour produire des carburants liquides, [96] et des bactéries pour convertir diverses formes de déchets agricoles et urbains en carburants utilisables. [97]

Produits chimiques, enzymes Modifier

Les micro-organismes sont utilisés pour produire de nombreux produits chimiques commerciaux et industriels, des enzymes et d'autres molécules bioactives. Les acides organiques produits à grande échelle industrielle par fermentation microbienne comprennent l'acide acétique produit par des bactéries acétiques telles que Acetobacter aceti, acide butyrique fabriqué par la bactérie Clostridium butyricum, acide lactique fabriqué par Lactobacilles et d'autres bactéries lactiques, [98] et l'acide citrique produit par le champignon de la moisissure Aspergillus niger. [98]

Les micro-organismes sont utilisés pour préparer des molécules bioactives telles que la streptokinase à partir de la bactérie Streptocoque, [99] Cyclosporine A du champignon ascomycète Tolypocladium inflatum, [100] et les statines produites par la levure Monascus purpureus. [101]

Science Modifier

Les micro-organismes sont des outils essentiels en biotechnologie, biochimie, génétique et biologie moléculaire. Les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe sont des organismes modèles importants en science, car ce sont de simples eucaryotes qui peuvent être cultivés rapidement en grand nombre et sont facilement manipulés. [102] Ils sont particulièrement précieux en génétique, génomique et protéomique. [103] [104] Les micro-organismes peuvent être exploités pour des utilisations telles que la création de stéroïdes et le traitement des maladies de la peau. Les scientifiques envisagent également d'utiliser des micro-organismes pour les piles à combustible vivantes [105] et comme solution à la pollution. [106]

Guerre Modifier

Au Moyen Âge, en tant qu'exemple précoce de guerre biologique, les cadavres malades étaient jetés dans les châteaux lors des sièges à l'aide de catapultes ou d'autres engins de siège. Les individus à proximité des cadavres ont été exposés à l'agent pathogène et étaient susceptibles de transmettre cet agent pathogène à d'autres. [107]

Dans les temps modernes, le bioterrorisme a inclus l'attaque bioterroriste Rajneeshee de 1984 [108] et la libération d'anthrax en 1993 par Aum Shinrikyo à Tokyo. [109]

Sol Modifier

Les microbes peuvent rendre les nutriments et les minéraux du sol disponibles pour les plantes, produire des hormones qui stimulent la croissance, stimulent le système immunitaire des plantes et déclenchent ou atténuent les réactions de stress. En général, un ensemble plus diversifié de microbes du sol entraîne moins de maladies des plantes et un rendement plus élevé. [110]

Flore intestinale humaine Modifier

Les micro-organismes peuvent former une relation endosymbiotique avec d'autres organismes plus gros. Par exemple, la symbiose microbienne joue un rôle crucial dans le système immunitaire. Les micro-organismes qui composent la flore intestinale du tractus gastro-intestinal contribuent à l'immunité intestinale, synthétisent des vitamines telles que l'acide folique et la biotine et fermentent les glucides complexes non digestibles. [111] Certains micro-organismes considérés comme bénéfiques pour la santé sont appelés probiotiques et sont disponibles sous forme de compléments alimentaires ou d'additifs alimentaires. [112]

Maladie Modifier

Les micro-organismes sont les agents responsables (pathogènes) de nombreuses maladies infectieuses. Les organismes impliqués comprennent des bactéries pathogènes, causant des maladies telles que la peste, la tuberculose et les parasites protozoaires du charbon, causant des maladies telles que le paludisme, la maladie du sommeil, la dysenterie et la toxoplasmose ainsi que des champignons causant des maladies telles que la teigne, la candidose ou l'histoplasmose. Cependant, d'autres maladies telles que la grippe, la fièvre jaune ou le SIDA sont causées par des virus pathogènes, qui ne sont généralement pas classés parmi les organismes vivants et ne sont donc pas des micro-organismes au sens strict. Aucun exemple clair d'agents pathogènes archéens n'est connu, [113] bien qu'une relation ait été proposée entre la présence de certains méthanogènes archéens et la maladie parodontale humaine. [114] De nombreux agents pathogènes microbiens sont capables de processus sexuels qui semblent faciliter leur survie chez leur hôte infecté. [115]

Hygiène Modifier

L'hygiène est un ensemble de pratiques visant à éviter les infections ou la détérioration des aliments en éliminant les micro-organismes de l'environnement. Comme les micro-organismes, en particulier les bactéries, se trouvent pratiquement partout, les micro-organismes nocifs peuvent être réduits à des niveaux acceptables plutôt que réellement éliminés. Dans la préparation des aliments, les micro-organismes sont réduits par les méthodes de conservation telles que la cuisson, la propreté des ustensiles, les courtes périodes de stockage ou les basses températures. Si une stérilité complète est nécessaire, comme pour le matériel chirurgical, un autoclave est utilisé pour tuer les micro-organismes par la chaleur et la pression. [116] [117]


Contenu

La recherche sur le microbiome est issue de la microbiologie et a commencé au XVIIe siècle. Le développement de nouvelles techniques et de nouveaux équipements a stimulé la recherche microbiologique et provoqué des changements de paradigme dans la compréhension de la santé et de la maladie. Étant donné que les maladies infectieuses ont affecté les populations humaines tout au long de la majeure partie de l'histoire, la microbiologie médicale a été le premier centre de recherche et d'intérêt public. De plus, la microbiologie alimentaire est un ancien domaine d'applications empiriques. Le développement des premiers microscopes a permis la découverte d'un nouveau monde inconnu et a conduit à l'identification de micro-organismes. [1]

L'accès au monde auparavant invisible a ouvert les yeux et l'esprit des chercheurs du XVIIe siècle. Antonie van Leeuwenhoek a étudié diverses bactéries de différentes formes, champignons et protozoaires, qu'il a appelés animalcules, principalement à partir d'échantillons d'eau, de boue et de plaque dentaire, et a découvert des biofilms comme première indication des micro-organismes interagissant au sein de communautés complexes. L'explication de Robert Koch de l'origine des maladies humaines et animales comme conséquence d'une infection microbienne et le développement du concept de pathogénicité ont constitué une étape importante en microbiologie. Ces découvertes ont déplacé l'attention de la communauté des chercheurs et du public sur le rôle des micro-organismes en tant qu'agents pathogènes qui devaient être éliminés. [1]

Cependant, des recherches approfondies au cours du siècle dernier ont montré qu'une faible proportion de micro-organismes est associée à une maladie ou à une pathogénicité. L'écrasante majorité des microbes sont essentiels au fonctionnement des écosystèmes et connus pour leurs interactions bénéfiques avec d'autres microbes ainsi qu'avec des macro-organismes. À la fin du XIXe siècle, l'écologie microbienne a commencé avec les travaux pionniers de Martinus W. Beijerinck et Sergei Winogradsky. La science nouvellement établie de la microbiologie environnementale a entraîné un autre changement de paradigme : les micro-organismes sont partout dans les environnements naturels, souvent associés à des hôtes et, pour la première fois, des effets bénéfiques sur leurs hôtes ont été signalés. [5] [6] [1]

Par la suite, le concept selon lequel les micro-organismes existent sous forme de cellules individuelles a commencé à changer car il est devenu de plus en plus évident que les microbes se produisent au sein d'assemblages complexes dans lesquels les interactions et la communication entre les espèces sont essentielles à la dynamique des populations et aux activités fonctionnelles. [7] La ​​découverte de l'ADN, le développement de technologies de séquençage, de PCR et de techniques de clonage ont permis d'étudier les communautés microbiennes en utilisant des approches indépendantes de la culture, basées sur l'ADN et l'ARN. [8] [1]

Une autre étape importante a été l'introduction de marqueurs phylogénétiques tels que le gène d'ARNr 16S pour l'analyse de la communauté microbienne par Carl Woese et George E. Fox en 1977. [9] Aujourd'hui, nous sommes capables de coder à barres les bactéries, les archées, les champignons, les algues et protistes dans leurs habitats naturels, par exemple, en ciblant leurs gènes d'ARNr 16S et 18S, un espaceur interne transcrit (ITS) ou, en variante, des régions fonctionnelles spécifiques de gènes codant pour des enzymes spécifiques. [10] [11] [12] [1]

Un autre changement de paradigme majeur a été initié au début de ce siècle et se poursuit jusqu'à aujourd'hui, alors que les nouvelles technologies de séquençage et les données de séquence accumulées ont mis en évidence à la fois l'ubiquité des communautés microbiennes en association au sein des organismes supérieurs et les rôles critiques des microbes chez l'homme, l'animal et santé des plantes. [13] Ces nouvelles possibilités ont révolutionné l'écologie microbienne, car l'analyse des génomes et des métagénomes à haut débit fournit des méthodes efficaces pour aborder le potentiel fonctionnel de micro-organismes individuels ainsi que de communautés entières dans leurs habitats naturels. [14] [15] Les technologies multiomiques, y compris les approches de métatranscriptome, de métaprotéome et de métabolome, fournissent maintenant des informations détaillées sur les activités microbiennes dans l'environnement. Sur la base de la riche base de données, la culture des microbes, qui a souvent été ignorée ou sous-estimée au cours des trente dernières années, a acquis une nouvelle importance, et la culturomique à haut débit est désormais une partie importante de la boîte à outils pour étudier les microbiomes. Le potentiel élevé et la puissance de la combinaison de plusieurs techniques « omiques » pour analyser les interactions hôte-microbe sont soulignés dans plusieurs revues. [16] [17] [1]

Les communautés microbiennes ont généralement été définies comme l'ensemble de micro-organismes vivant ensemble. Plus précisément, les communautés microbiennes sont définies comme des assemblages multispécifiques, dans lesquels des (micro)organismes interagissent les uns avec les autres dans un environnement contigu. [18] En 1988, Whipps et ses collègues travaillant sur l'écologie des micro-organismes de la rhizosphère ont fourni la première définition du terme microbiome. [4] Ils ont décrit le microbiome comme une combinaison des mots micro et biome, nommant une "communauté microbienne caractéristique" dans un "habitat raisonnablement bien défini qui a des propriétés physico-chimiques distinctes" comme leur "théâtre d'activité". Cette définition représente une avancée substantielle de la définition d'une communauté microbienne, car elle définit une communauté microbienne avec des propriétés et des fonctions distinctes et ses interactions avec son environnement, entraînant la formation de niches écologiques spécifiques. [1]

Cependant, de nombreuses autres définitions du microbiome ont été publiées au cours des dernières décennies. La définition actuellement la plus citée par Lederberg [19] décrit les microbiomes dans un contexte écologique, comme une communauté de micro-organismes commensaux, symbiotiques et pathogènes dans un espace corporel ou un autre environnement. Marchesi et Ravel se sont concentrés dans leur définition sur les génomes et les modèles d'expression des gènes microbiens (et viraux) et les protéomes dans un environnement donné et ses conditions biotiques et abiotiques dominantes. [20] Toutes ces définitions impliquent que les concepts généraux de macro-écologie pourraient être facilement appliqués aux interactions microbe-microbe ainsi qu'aux interactions microbe-hôte. Cependant, la mesure dans laquelle ces concepts, développés pour les macro-eucaryotes, peuvent être appliqués aux procaryotes avec leurs différents modes de vie concernant la dormance, la variation du phénotype et le transfert horizontal de gènes [21] ainsi qu'aux micro-eucaryotes n'est pas tout à fait clair . Cela soulève le défi de considérer un ensemble entièrement nouveau de modèles d'écologie conceptuelle et de théories pour l'écologie du microbiome, en particulier en ce qui concerne les diverses hiérarchies d'interactions des microbes entre eux et avec les environnements biotiques et abiotiques hôtes. De nombreuses définitions actuelles ne parviennent pas à saisir cette complexité et décrivent le terme microbiome comme englobant uniquement les génomes des micro-organismes (voir tableau ↓). [1]

  • « Un cadre écologique pratique pour examiner les systèmes de lutte biologique est celui du microbiome. Cela peut être défini comme une communauté microbienne caractéristique occupant un habitat raisonnablement bien défini qui a des propriétés physico-chimiques distinctes. Le terme ne se réfère donc pas seulement aux micro-organismes impliqués mais englobe aussi leur théâtre d'activité". [4]
  • "Ce terme fait référence à l'ensemble de l'habitat, y compris les micro-organismes (bactéries, archées, eucaryotes inférieurs et supérieurs et virus), leurs génomes (c'est-à-dire les gènes) et les conditions environnementales environnantes. Cette définition est basée sur celle de "biome, " les facteurs biotiques et abiotiques d'environnements donnés. D'autres dans le domaine limitent la définition du microbiome à la collection de gènes et de génomes des membres d'un microbiote. Il est soutenu que c'est la définition du métagénome, qui combiné avec l'environnement constitue le microbiome. Le microbiome est caractérisé par l'application d'une ou de combinaisons de métagénomique, métabonomie, métatranscriptomique et métaprotéomique combinées à des métadonnées cliniques ou environnementales". [20]
  • "d'autres utilisent le terme microbiome pour désigner tous les microbes d'une communauté, et en particulier, pour le microbiome végétal, les communautés microbiennes associées à la plante qui peuvent vivre, prospérer et interagir avec différents tissus tels que les racines, les pousses, les feuilles, fleurs et graines". [22]
  • « Communauté écologique de micro-organismes commensaux, symbiotiques et pathogènes dans un espace corporel ou un autre environnement ». [19]
  • "Une communauté de micro-organismes (tels que des bactéries, des champignons et des virus) qui habitent un environnement particulier et en particulier la collection de micro-organismes vivant dans ou sur le corps humain". [23]
  • « Human Microbiome Project (HMP) : [. ] Le microbiome humain est la collection de tous les micro-organismes vivant en association avec le corps humain. Ces communautés sont constituées d'une variété de micro-organismes, notamment des eucaryotes, des archées, des bactéries et des virus". [24]
  • "Les génomes collectifs des micro-organismes habitant un environnement particulier et notamment le corps humain". [23]
  • "Le microbiome comprend tout le matériel génétique d'un microbiote (l'ensemble de la collection de micro-organismes dans une niche spécifique, telle que l'intestin humain). Cela peut également être appelé le métagénome du microbiote". [25]
  • "Le microbiome est un terme qui décrit le génome de tous les micro-organismes, symbiotiques et pathogènes, vivant dans et sur tous les vertébrés. Le microbiome intestinal se compose du génome collectif des microbes habitant l'intestin, notamment les bactéries, les archées, les virus et les champignons". [26]
  • « Différentes approches pour définir la population fournissent des informations différentes. a | Microbiote : les enquêtes ARNr 16S sont utilisées pour identifier taxonomiquement les micro-organismes dans l'environnement. b | Métagénome : les gènes et génomes du microbiote, y compris les plasmides, mettant en évidence le potentiel génétique de la population. c | Microbiome : les gènes et génomes du microbiote, ainsi que les produits du microbiote et de l'environnement hôte". [27]
  • "Total des génomes d'un microbiote. Souvent utilisé pour décrire l'entité de traits microbiens (=fonctions) codés par un microbiote." [28]
  • "Un microbiome est la communauté écologique de micro-organismes commensaux, symbiotiques et pathogènes qui partagent littéralement notre espace corporel." [29]
  • "Le microbiome est la somme des microbes et de leurs éléments génomiques dans un environnement particulier". [30]
  • « Les gènes et génomes du microbiote, ainsi que les produits du microbiote et de l'environnement hôte ». [31]

En 2020, un panel d'experts internationaux, organisé par le projet MicrobiomeSupport financé par l'UE, [32] a publié les résultats de leurs délibérations sur la définition du microbiome. [1] Le panel était composé d'environ 40 dirigeants de divers domaines du microbiome, et d'une centaine d'autres experts du monde entier ont contribué par le biais d'un sondage en ligne. Ils ont proposé une définition du microbiome basée sur une renaissance de la description compacte, claire et complète du terme telle que fournie à l'origine par Whipps. et al. en 1988, [4] amendé avec un ensemble de recommandations tenant compte des développements technologiques ultérieurs et des résultats de la recherche. Ils séparent clairement les termes microbiome et microbiote et fournissent une discussion complète tenant compte de la composition du microbiote, de l'hétérogénéité et de la dynamique des microbiomes dans le temps et dans l'espace, la stabilité et la résilience des réseaux microbiens, la définition des microbiomes centraux et les espèces clés fonctionnellement pertinentes comme ainsi que les principes de co-évolution des interactions microbe-hôte et inter-espèces au sein du microbiome. [1]

Le panneau a prolongé les Whipps et al. définition, qui contient tous les points importants valables même 30 ans après sa publication en 1988, par deux phrases explicatives différenciant les termes microbiome et microbiote et prononçant son caractère dynamique, comme suit :

  • Les microbiote est défini comme une communauté microbienne caractéristique occupant un habitat raisonnablement bien défini qui a des propriétés physico-chimiques distinctes. Le microbiome ne fait pas seulement référence aux micro-organismes impliqués mais englobe également leur théâtre d'activité, ce qui se traduit par la formation de niches écologiques spécifiques. Le microbiome, qui forme un micro-écosystème dynamique et interactif susceptible de changer dans le temps et à l'échelle, est intégré dans les macro-écosystèmes comprenant des hôtes eucaryotes, et ici crucial pour leur fonctionnement et leur santé. [1]
  • Les microbiote consiste en l'assemblage de micro-organismes appartenant à différents règnes (procaryotes (bactéries, archées), eucaryotes (algues, protozoaires, champignons etc.), tandis que « leur théâtre d'activité » comprend les structures microbiennes, les métabolites, les éléments génétiques mobiles (tels que les transposons, les phages , et les virus), et l'ADN relique intégré dans les conditions environnementales de l'habitat.[1]

Le microbiote comprend tous les membres vivants formant le microbiome. La plupart des chercheurs sur le microbiome conviennent que les bactéries, les archées, les champignons, les algues et les petits protistes doivent être considérés comme des membres du microbiome. [20] [1] L'intégration de phages, virus, plasmides et éléments génétiques mobiles est une question plus controversée dans la définition du microbiome. Il n'y a pas non plus de consensus clair quant à savoir si l'ADN extracellulaire dérivé de cellules mortes, appelé « ADN relique », appartient au microbiome. [33] [1] L'ADN relique peut représenter jusqu'à 40% de l'ADN séquencé dans le sol, [34] et jusqu'à 33% de l'ADN bactérien total en moyenne dans une analyse plus large des habitats avec la proportion la plus élevée de 80% dans certains échantillons. [35] Malgré son omniprésence et son abondance, l'ADN relique a eu un effet minime sur les estimations de la diversité taxonomique et phylogénétique. [35] [1]

En ce qui concerne l'utilisation de termes spécifiques, une différenciation claire entre microbiome et microbiote permet d'éviter la controverse concernant les membres d'un microbiome. [1] Le microbiote est généralement défini comme l'assemblage de micro-organismes vivants présents dans un environnement défini. [20] Comme les phages, les virus, les plasmides, les prions, les viroïdes et l'ADN libre ne sont généralement pas considérés comme des micro-organismes vivants, [36] ils n'appartiennent pas au microbiote. [1]

Le terme microbiome, tel qu'il a été initialement postulé par Whipps et ses collègues, [4] inclut non seulement la communauté des micro-organismes mais aussi leur "théâtre d'activité". Ce dernier concerne l'ensemble du spectre des molécules produites par les micro-organismes, y compris leurs éléments structuraux (acides nucléiques, protéines, lipides, polysaccharides), les métabolites (molécules de signalisation, toxines, molécules organiques et inorganiques) et les molécules produites par des hôtes coexistants et structurés. par les conditions environnementales environnantes. Par conséquent, tous les éléments génétiques mobiles, tels que les phages, les virus et l'ADN « relique » et extracellulaire, devraient être inclus dans le terme microbiome, mais ne font pas partie du microbiote. Le terme microbiome est aussi parfois confondu avec le métagénome. Le métagénome est cependant clairement défini comme un ensemble de génomes et de gènes provenant des membres d'un microbiote. [20] [1]

Les études sur le microbiome se concentrent parfois sur le comportement d'un groupe spécifique de microbiote, généralement en relation ou justifié par une hypothèse claire. De plus en plus de termes comme bactériome, archéome, mycobiome ou virome ont commencé à apparaître dans la littérature scientifique, mais ces termes ne font pas référence aux biomes (un écosystème régional avec un assemblage distinct de (micro)organismes et un environnement physique reflétant souvent un certain climat et sol) que le microbiome lui-même. [1] Par conséquent, il serait préférable d'utiliser les termes originaux (communauté bactérienne, archée ou fongique). Contrairement au microbiote, qui peut être étudié séparément, le microbiome est toujours composé de tous les membres, qui interagissent les uns avec les autres, vivent dans le même habitat et forment ensemble leur niche écologique. Le terme bien établi virome est dérivé du virus et du génome et est utilisé pour décrire les métagénomes viraux de fusil de chasse constitués d'une collection d'acides nucléiques associés à un écosystème ou holobionte particulier. [37] Métagénomes viraux peut être suggéré comme un terme sémantiquement et scientifiquement meilleur. [1]

Les microbes interagissent les uns avec les autres et ces interactions symbiotiques ont des conséquences diverses sur la forme microbienne, la dynamique des populations et les capacités fonctionnelles au sein du microbiome. [38] Ces interactions peuvent être soit entre des micro-organismes de la même espèce, soit entre différentes espèces, genres, familles et domaines de la vie. Les modèles interactifs au sein de ces réseaux peuvent être positifs (mutualisme, synergie ou commensalisme), négatifs (amensalisme [y compris la prédation, le parasitisme, l'antagonisme ou la compétition]) ou neutres—où il n'y a pas (ou aucun effet observé) sur le fonctionnement capacités ou fitness des espèces en interaction (voir diagramme à droite) Les concepts de stratégie de vie microbienne (c. [39] Par exemple, les micro-organismes en compétition pour la même source peuvent également bénéficier les uns des autres lorsqu'ils rivalisent pour le même composé à différents niveaux trophiques. La stabilité d'un écosystème microbien complexe dépend des interactions trophiques pour le même substrat à différents niveaux de concentration. À partir de 2020, les adaptations sociales microbiennes dans la nature ont été sous-étudiées. [1] Ici, les marqueurs moléculaires peuvent donner un aperçu des adaptations sociales en soutenant les théories, par exemple, des altruistes et des tricheurs dans les microbiomes natifs. [40] [1]

Les métabolites secondaires jouent un rôle essentiel dans la médiation des interactions interspécifiques complexes et assurent la survie dans des environnements compétitifs. La détection de quorum induite par de petites molécules telles que les lactones ou les peptides n-acyl-homosérine permet aux bactéries de contrôler les activités coopératives et d'adapter leurs phénotypes à l'environnement biotique, entraînant, par exemple, une adhésion cellule-cellule ou la formation de biofilm. [7] [41] Le transfert direct d'électrons entre espèces (DIET) est un mécanisme important pour la communication dans la plupart des écosystèmes anaérobies. [42] De plus, les composés volatils peuvent agir comme des messagers à long terme pour la communication entre les royaumes sur de longues distances. [43] De plus, les « autoroutes fongiques » servent de systèmes de transport pour les bactéries [44] ainsi que pour l'eau et les nutriments [45] et peuvent donc jouer un rôle important dans la structuration des réseaux microbiens. Malgré ces exemples, la communication et l'interaction au sein du microbiome restent peu étudiées et bénéficieraient de plus de connaissances sur l'interaction métabolique de tous les membres du microbiome. Ici, les modèles expérimentaux réductionnistes et les microbiomes modèles peuvent aider à identifier les microbes et les mécanismes moléculaires impliqués dans les interactions complexes. [46] [1]

Les méthodes actuellement disponibles pour étudier les microbiomes, dites multi-omiques, vont de l'isolement à haut débit (culturomique) et de la visualisation (microscopie), au ciblage de la composition taxonomique (métabarcodage) ou à l'adressage du potentiel métabolique (métabarcodage de gènes fonctionnels, métagénomique) pour analyser l'activité microbienne (métatranscriptomique, métaprotéomique, métabolomique), comme le montre le schéma de droite. Sur la base des données du métagénome, les génomes microbiens peuvent être reconstruits. Alors que les premiers génomes assemblés par métagénome ont été reconstruits à partir d'échantillons environnementaux, [48] ces dernières années, plusieurs milliers de génomes bactériens ont été mis en poubelle sans cultiver les organismes derrière. Par exemple, 154 723 génomes microbiens du microbiome humain mondial ont été récemment reconstruits à partir de 9 428 métagénomes. [49] [1]

À partir de 2020, la compréhension est limitée en raison des liens manquants entre la disponibilité massive des données de séquence d'ADN du microbiome d'une part et la disponibilité limitée des isolats microbiens nécessaires pour confirmer les prédictions métagénomiques de la fonction des gènes d'autre part. [1] Les données du métagénome offrent un terrain de jeu pour de nouvelles prédictions, mais beaucoup plus de données sont nécessaires pour renforcer les liens entre la séquence et les prédictions fonctionnelles rigoureuses. Cela devient évident lorsque l'on considère que le remplacement d'un seul résidu d'acide aminé par un autre peut conduire à un changement fonctionnel radical, entraînant une affectation fonctionnelle incorrecte à une séquence de gène donnée. [51] De plus, la culture de nouvelles souches est nécessaire pour aider à identifier la grande fraction de séquences inconnues obtenues à partir d'analyses métagénomiques, qui peuvent dépasser 70% pour les écosystèmes mal étudiés. Selon la méthode appliquée, même dans des microbiomes bien étudiés, 40 à 70 % des gènes annotés dans les génomes microbiens entièrement séquencés n'ont aucune fonction connue ou prédite. [52] De plus, les estimations actuelles prédisent que les domaines avec des fonctions inconnues seront très bientôt plus nombreux que les familles de fonctions connues. [53] Il existe un besoin clair pour une microbiologie plus classique, y compris l'utilisation de mutants ciblés en combinaison avec la biochimie microbienne pour faire face à ce défi. De plus, il y a beaucoup plus à gagner d'une caractérisation fonctionnelle approfondie des familles de protéines déjà découvertes avec des fonctions inconnues qu'à étendre davantage la liste de ces familles. [1] Comprendre la diversité fonctionnelle procaryote, à partir de 2019, est difficile car 85 des 118 phylums actuellement établis n'ont pas eu une seule espèce décrite à ce jour. [54] [1]

Le nombre de phylums procaryotes peut atteindre des centaines, et les archéens sont parmi les moins nombreux. [54] L'écart croissant entre la diversité des bactéries et des archées détenues en culture pure et celles détectées par des méthodes moléculaires a conduit à la proposition d'établir une nomenclature formelle pour les taxons pas encore cultivés, principalement basée sur des informations de séquence. [55] [56] Selon cette proposition, le concept d'espèce Candidatus serait étendu aux groupes de séquences génomiques étroitement apparentées, et leurs noms seraient publiés suivant les règles établies de la nomenclature bactérienne. [1]


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Contenu

Les milieux de croissance les plus courants pour les micro-organismes sont les bouillons nutritifs (milieu nutritif liquide) ou le milieu de bouillon de lysogénie. Les milieux liquides sont souvent mélangés avec de la gélose et versés via un distributeur de milieux stériles dans des boîtes de Pétri pour se solidifier. Ces plaques de gélose fournissent un milieu solide sur lequel les microbes peuvent être cultivés. Ils restent solides, car très peu de bactéries sont capables de décomposer la gélose (à l'exception de certaines espèces des genres : Cytophage, Flavobactérie, Bacille, Pseudomonas, et Alcaligènes). Les bactéries cultivées dans des cultures liquides forment souvent des suspensions colloïdales. [4] [5]

La différence entre les milieux de croissance utilisés pour la culture cellulaire et ceux utilisés pour la culture microbiologique est que les cellules dérivées d'organismes entiers et cultivées en culture ne peuvent souvent pas se développer sans l'ajout, par exemple, d'hormones ou de facteurs de croissance qui se produisent habituellement. in vivo. [6] Dans le cas des cellules animales, cette difficulté est souvent résolue par l'ajout de sérum sanguin ou d'un sérum synthétique de remplacement au milieu. Dans le cas des micro-organismes, de telles limitations n'existent pas, car il s'agit souvent d'organismes unicellulaires. Une autre différence majeure est que les cellules animales en culture sont souvent cultivées sur une surface plane à laquelle elles se fixent, et le milieu est fourni sous forme liquide, qui recouvre les cellules. En revanche, des bactéries telles que Escherichia coli peut être cultivé sur des milieux solides ou liquides.

Une distinction importante entre les types de milieux de croissance est celle des milieux définis et non définis. [1] Un milieu défini aura des quantités connues de tous les ingrédients. Pour les micro-organismes, elles consistent à apporter des oligo-éléments et des vitamines nécessaires au microbe et notamment des sources de carbone et d'azote définies. Le glucose ou le glycérol sont souvent utilisés comme sources de carbone et les sels ou nitrates d'ammonium comme sources d'azote inorganique. Un milieu indéfini contient des ingrédients complexes, tels que l'extrait de levure ou l'hydrolysat de caséine, qui sont constitués d'un mélange de nombreuses espèces chimiques dans des proportions inconnues. Les milieux non définis sont parfois choisis en fonction du prix et parfois par nécessité – certains micro-organismes n'ont jamais été cultivés sur des milieux définis.

Un bon exemple de milieu de croissance est le moût utilisé pour faire de la bière. Le moût contient tous les nutriments nécessaires à la croissance des levures et, dans des conditions anaérobies, de l'alcool est produit. Lorsque le processus de fermentation est terminé, la combinaison de microbes moyens et dormants, maintenant la bière, est prête à être consommée. Les principaux types sont

  • médias culturels
  • média minimal
  • médias sélectifs
  • médias différentiels
  • moyens de transport
  • indicateur média

Médias culturels Modifier

Les milieux de culture contiennent tous les éléments dont la plupart des bactéries ont besoin pour leur croissance et ne sont pas sélectifs. Ils sont donc utilisés pour la culture générale et l'entretien des bactéries conservées dans les collections de cultures de laboratoire.

Un milieu indéfini (également appelé milieu basal ou complexe) contient :

  • une source de carbone telle que le glucose
  • l'eau
  • divers sels
  • une source d'acides aminés et d'azote (par exemple, bœuf, extrait de levure)

Il s'agit d'un milieu non défini car la source d'acides aminés contient une variété de composés dont la composition exacte est inconnue.

Un milieu défini (également appelé milieu chimiquement défini ou milieu synthétique) est un milieu dans lequel

Exemples de milieux nutritifs :

Média minimal Modifier

Un milieu défini qui contient juste assez d'ingrédients pour soutenir la croissance est appelé "milieu minimal". Le nombre d'ingrédients qui doivent être ajoutés à un milieu minimal varie énormément selon le micro-organisme cultivé. [7] Les milieux minimaux sont ceux qui contiennent le minimum de nutriments possibles pour la croissance des colonies, généralement sans la présence d'acides aminés, et sont souvent utilisés par les microbiologistes et les généticiens pour cultiver des micro-organismes « de type sauvage ». Les milieux minimaux peuvent également être utilisés pour sélectionner pour ou contre des recombinants ou des exconjugants.

Le support minimal contient généralement :

  • une source de carbone, qui peut être un sucre comme le glucose, ou une source moins riche en énergie comme le succinate
  • divers sels, qui peuvent varier selon les espèces de bactéries et les conditions de croissance, ils fournissent généralement des éléments essentiels tels que le magnésium, l'azote, le phosphore et le soufre pour permettre aux bactéries de synthétiser des protéines et des acides nucléiques
  • l'eau

Les milieux minimaux supplémentaires sont des milieux minimaux qui contiennent également un seul agent sélectionné, généralement un acide aminé ou un sucre. Cette supplémentation permet la culture de lignées spécifiques de recombinants auxotrophes.


Les protozoaires sont également un organisme unicellulaire avec un grand nombre d'espèces aquatiques d'environ 40 000. Habituellement, ils se déplacent vers d'autres organismes vivants et s'en nourrissent. Les protozoaires ont une taille corporelle de 10-52um.

Les champignons sont rien plantes vertes non photosynthétiques. Elles sont hétérotrophe type de nutrition car ils sont parasitaires ou saprophytes. Ils montrent un relation symbiotique avec des algues pour former des lichens. Certains champignons peuvent être observés à l'œil nu.

Il existe des champignons sous forme de champignons et de moisissures avec une structure multicellulaire connue sous le nom de mycélium.


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