Bactéries
Les bactéries (Bacteria) sont des microbiologie.
Les bactéries sont ubiquitaires et sont présentes dans tous les types de fixation de l’azote de l’atmosphère.
Chez l'Homme, il a été calculé que 1012 bactéries colonisent la peau, 1010 bactéries colonisent la bouche et 1014 bactéries habitent dans l'intestin, ce qui fait qu'il y a dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines dans le corps humainpénicilline bloque la synthèse de la paroi cellulaire).
Les bactéries peuvent être très utiles à l’Homme lors des processus de traitement des eaux usées, dans l’agroalimentaire lors de la fabrication des fromage et dans la production industrielle de nombreux composés chimiques.
Sommaire
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Histoire
Les bactéries étant microscopiques, elles ne sont donc visibles qu'avec un 1668.
Le mot « bactérie » apparaît pour la première fois avec le 1828. Ce mot dérive du grec βακτηριον, qui signifie « bâtonnet ».
Au XIXe siècle, les travaux de 1796.
Le médecin allemand 1905.
Les microbiologistes écologie microbienne en étudiant les communautés microbiennes du sol et de l’eau et les relations entre ces microorganismes.
Si les bactéries étaient connues au XIXe siècle, il n’existait pas encore de traitement antibactérien. En 1929.
En [4].
Structure cellulaire
En tant que chloroplastes.
Une caractéristique importante des bactéries est la mycoplasmes.
Au niveau intracellulaire, les bactéries possèdent un chromosome sous forme de filament d’poly-b-hydroxybutyrate (PBH). Certaines espèces de bactéries aquatiques possèdent des vésicules à gaz qui assurent la flottabilité des cellules. D’autres espèces, les bactéries magnétotactiques, ont la particularité de présenter un magnétosome.
Beaucoup de bactéries possèdent des structures extra-cellulaires comme des chimiotactisme.
Quelques bactéries peuvent fabriquer de fines couches externes à la paroi cellulaire, généralement constituées de glycocalyx. Le glycocalyx permet aux bactéries d’adhérer à un support.
Certaines bactéries qualifiées de bactéries engainées produisent une couche externe dense et rigide : la gaine. Ce phénomène est courant chez les bactéries de l’eau qui forment des chaînes filamenteuses (Spirillum peuvent s’envelopper d’une couche protéique appelée la couche S.
Quelques bactéries comme endospores leur permettant de résister à certaines conditions de stress environnemental ou chimique.
Croissance et Reproduction
La division cellulaire
Deux cellules identiques sont produites à partir d’une cellule mère. La croissance cellulaire se manifeste par un accroissement du volume cellulaire, suivi de la synthèse d’un réplication de l’ADN.
Quelques bactéries présentent des structures reproductives plus complexes mais toujours de manière asexuée, facilitant la dispersion : Streptomyces forme des hyphes aériens.
Quand elles se trouvent dans un milieu propice les bactéries peuvent se multiplier à une allure vertigineuse. Une population de bactérie peut doubler toutes les 20 minutes en fonction de : la disponibilité en nutriments, la présence de bactéries concurrentes, la présence de prédateurs (par exemple des actinomycètes (bactéries filamenteuses).
Culture des bactéries
Au laboratoire, les bactéries peuvent être cultivées en colonie bactérienne, visible à l’œil nu.
Le temps de génération est le temps nécessaire à une bactérie pour se diviser. Le temps de génération correspond donc au temps nécessaire pour qu’une population de cellules double en nombre. Ce temps est très variable selon les espèces de bactéries. Il est par exemple de 20 minutes pour Mycobacterium tuberculosis.
La croissance d’une population bactérienne dans un milieu de culture liquide non renouvelé, peut être observée dans le temps. Les cellules se divisent, et leur nombre augmente avec le temps. Si on relève le nombre de bactéries à différents intervalles au cours de la croissance, on obtient une courbe de croissance. Elle présente quatre phases principales. (1) La phase de latence correspond à une période d’adaptation de la bactérie au milieu. (2) Au cours de la phase de croissance exponentielle, les bactéries se développent de façon maximale avec un taux de croissance maximal et constant. Après une phase transitoire de ralentissement, le nombre de bactéries n’évolue plus : (3) c’est la phase stationnaire. Les divisions bactériennes qui se font encore sont compensées par la mort de bactéries. (4) La dernière phase est la phase de mortalité ou de déclin. Les bactéries ne se divisent plus, elles meurent et peuvent être lysées. Le milieu de culture n’apporte plus les conditions nécessaires au développement des bactéries. On observe une courbe de décroissance exponentielle progressive.
Paramètres influant la croissance microbienne
Certaines conditions environnementales (paramètres physico-chimiques) influencent la croissance des micro-organismes. Parmi celles-ci figurent le pH (acidité et alcalinité), la température, la présence d’O2, de CO2, la disponibilité de l’eau.
La plupart des micro-organismes tolèrent une gamme de pH permettant la croissance. Le pH optimal de croissance de beaucoup de bactéries est proche de la neutralité (pH 7). Les micro-organismes alcalinophiles se développent à des pH basiques.
De même, les bactéries peuvent être distinguées selon leur aptitude à croître en fonction de la température. Les thermophiles croissent de façon optimale à des températures comprises entre 45 et 70°C. Les micro-organismes ayant des températures optimales de croissance supérieures à 70°C sont qualifiés d’hyperthermophiles.
Variation génétique
Le mode de multiplication favori des bactéries est la multiplication par sélection naturelle, une nouvelle variété potentiellement plus résistante.
Il existe 3 mécanismes de transfert de gènes entre les cellules : la conjugaison.
Cette incroyable faculté d’échanger des gènes aussi facilement explique leur succès pour coloniser tous les milieux, y compris les plus inhospitaliers et ce, depuis l’apparition de la première bactérie dans les océans il y a 3,5 milliards d’années.
Des variations plasmides, qui sont des séquences d'ADN circulaire extra-chromosomales.
Morphologie et association des bactéries
Les bactéries présentent une grande diversité de tailles et de formes. Les cellules bactériennes typiques ont une taille comprise entre 0,5 et 5 µm de longueur, cependant, quelques espèces comme [6].
La plupart des bactéries sont soit sphériques, appelées cytosquelette. Les différentes formes de bactéries peuvent influencer leur capacité d’acquérir des nutriments, de s’attacher aux surfaces, de nager dans un liquide et d’échapper à la prédation.
Beaucoup d’espèces bactériennes peuvent être observées sous forme unicellulaire isolée alors que d’autres espèces sont associées en paires (diploïdes) comme les cyanobactéries forment des chaînes appelées trichomes. Dans ce cas, les cellules sont en relation étroite et les échanges physiologiques sont favorisés.
En dépit de leur apparente simplicité, les bactéries peuvent aussi former des associations complexes. Elles peuvent s’attacher aux surfaces et former des agrégations appelées biofilms. Les bactéries présentes dans le biofilm peuvent présenter un arrangement complexe de cellules et de composants extra-cellulaires, formant des structures secondaires comme des microcolonies, dans lesquelles se forme un réseau de canal facilitant la diffusion des nutriments.
Au sein des biofilms des relations s'établissent entre bactéries, conduisant à une réponse cellulaire intégrée. Les molécules de la communication cellulaire ou "quorum sensing" sont soit des Homosérine lactones pour les bactéries à Gram négatif, soit des peptides courts pour les bactéries à Gram positif. De plus au sein de biofilms établis, les caractéristiques physico-chimiques (pH, oxygénation, métabolites) sont néfastes au bon développement bactérien et constituent des conditions stressantes. Les bactéries mettent en place des réponses de stress qui sont autant d'adaptation à ces conditions défavorables. En général les réponses de stress rendent les bactéries plus résistantes à toute forme de destruction par des agents mécaniques ou des molécules biocides.
Mobilité des bactéries
Certaines bactéries sont mobiles et peuvent se déplacer grâce à un ou plusieurs flagelles, d’autres bactéries peuvent se déplacer par glissement.
Les flagelles des bactéries sont de longs appendices protéiques flexibles. Leur nombre et leur position peuvent différer selon les espèces de bactéries. La flagellation (ou ciliature) polaire monotriche correspond à la présence d’un seul flagelle à un pôle de la bactérie (exemple des Escherichia coli produisent des flagelles sur toute la surface cellulaire et possèdent donc une flagellation péritriche.
Le filament du flagelle est constitué d’une protéine, la flagelline. Le type de rotation du flagelle peut déterminer le type de mouvement de la bactérie.
Les bactéries mobiles peuvent réagir à des stimuli, être attirées par des substances nutritives comme les sucres, les acides aminés, l’oxygène, ou être repoussées par des substances nuisibles. Ce comportement est appelé le chimiotactisme. Des chimiorécepteurs de nature protéique sont présents au niveau de la membrane plasmique et du périplasme des bactéries et peuvent détecter différentes substances attractives ou nocives.
Les ions de cuivre bloquent la rotation des flagelles. Pour le faire repartir, on recourt à l’acide éthylènediaminetétraacétique, capable de capturer les ions et donc de libérer le flagelle.
Métabolisme
Le biosphère. Elles peuvent ainsi utiliser une très large variété de source de carbone et/ou d’énergie.
Les bactéries peuvent être classées selon leur type de métabolisme, en fonction des sources de carbone et d’énergie utilisés pour la croissance, les accepteurs d’électrons.
L’énergie cellulaire des organotrophes.
Les bactéries peuvent être divisées en quatre grands types nutritionnels en fonction de leurs sources de carbone et d’énergie :
- Les CO2 comme source de carbone.
- Les photosynthèse. Ils assimilent le CO2 en présence d’un donneur d’électrons.
- Les chimioautotrophes utilisent des substrats inorganiques réduits pour l’assimilation réductrice du CO2 et comme source d’énergie.
- Les chimiohétérotrophes utilisent des substrats organiques comme source de carbone et d’énergie.
Chez les chimiohétérotrophes, les substrats sont dégradés en plus petites molécules pour donner des métabolites intermédiaires (SO2−).
Chez les organismes CO2. Les bactéries anaérobies facultatives sont capables de modifier leur métabolisme entre la fermentation et différents accepteurs terminaux d’électrons, selon les conditions du milieu où elles se trouvent.
Selon leur mode de vie, les bactéries peuvent être classées en différents groupes :
- Les dioxygène ou oxygène moléculaire (O2).
- Les aéro-anaérobies facultatives peuvent vivre en présence ou en absence de dioxygène ;
- Les anaérobies ne peuvent vivre qu'en absence de dioxygène. Les aérotolérants sont des organismes anaérobies qui peuvent tout de même survivre en présence d’oxygène.
- les microaérophiles requièrent de l’oxygène pour survivre mais à une concentration faible.
Les bactéries chimiolithotrophe, l’oxygène est utilisé comme accepteur terminal d’électrons, alors qu’en condition anaérobie, ce sont des composés inorganiques qui sont utilisés.
En plus de la fixation du CO2 lors de la photosynthèse, quelques bactéries peuvent fixer l’hétérocystes).
Bactéries et écosystème
Les bactéries, avec les autres éléments sur la planète.
Écosystème aquatique
Les eaux naturelles comme les eaux marines (bactérioplancton.
Bactérie du sol
Le mutualisme.
À la différence des milieux aquatiques, l’eau n’est pas toujours disponible dans les sols. Les bactéries ont mis en place des stratégies pour s’adapter aux périodes sèches. Les Actinomycètes.
Environnements extrêmes
Les bactéries peuvent aussi être rencontrées dans des environnements plus extrêmes. Elles sont qualifiées d’cheminées hydrothermales.
Interactions avec d’autres organismes
En dépit de leur apparente simplicité, les bactéries peuvent entretenir des associations complexes avec d’autres organismes. Ces associations peuvent être répertoriées en commensalisme. En raison de leurs petites tailles, les bactéries commensales sont ubiquitaires et sont rencontrées à la surface et à l’intérieur des plantes et des animaux.
Mutualistes
Dans le sol, les bactéries de la légumineuses au niveau de nodules sur les racines.
Des bactéries colonisant le biotine.
Pathogènes
Les bactéries pathogènes sont responsables de maladies humaines et causent des infections. Les organismes infectieux peuvent être distingués en trois types : les pathogènes obligatoires, accidentels ou opportunistes.
Un pathogène obligatoire ne peut survivre en dehors de son hôte. Parmi les bactéries pathogènes obligatoires, typhus sont des bactéries parasites intracellulaires.
Un pathogène accidentel présent dans la nature peut infecter l’Homme dans certaines conditions. Par exemple, choléra suite à la consommation d’une eau contaminée.
Un pathogène opportuniste infecte des individus affaiblis ou atteints par une autre maladie. Des bactéries comme Staphylococcus de la flore cutanée, peuvent devenir des pathogènes opportunistes dans certaines conditions. On rencontre ce type d’infection surtout en milieu hospitalier.
La capacité d’une bactérie à provoquer une maladie est son pouvoir pathogène. L’intensité du pouvoir pathogène est la virulence. L’aboutissement de la relation bactérie-hôte et l’évolution de la maladie dépendent du nombre de bactéries pathogènes présentes dans l’hôte, de la virulence de cette bactérie, des défenses de l’hôte et de son degré de résistance.
Pour déclencher une maladie, les bactéries infectieuses doivent d’abord pénétrer dans l’organisme et adhérer à un endotoxines fixées dans la membrane des bactéries.
Les bactéries pathogènes tentant d’envahir un hôte rencontrent toutefois de nombreux mécanismes de défense assurant à l’organisme une protection aux infections. Une bonne alimentation et une hygiène de vie correcte constituent une première protection. La peau, les muqueuses forment une première ligne de défense contre la pénétration d’organismes pathogènes. Les bactéries de la flore normale constituent aussi une barrière de protection. Lorsqu’un microorganisme a pénétré ces premières lignes de défense, il rencontre des cellules spécialisées qui se mobilisent contre l’envahissement : ce sont les anticorps et des cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes.
Importance des bactéries dans l’industrie et les technologies
L’origine de la microbiologie industrielle date de l’époque fromage.
Les bactéries comme choucroute.
La capacité des bactéries marée noire.
Des bactéries peuvent être utilisées à la place de plantes.
En raison de leur capacité à se multiplier rapidement et de leur relative facilité à être manipulées, certaines bactéries comme biotechnologie.
De nombreuses Thermus aquaticus.
Les bactéries génétiquement modifiées sont très utilisées pour la production de produits pharmaceutiques. C’est le cas par exemple de l’antibiotiques.
Classification et Identification
La taxons dans l’ordre hiérarchique sont les suivant : phylums (ou divisions), classes, sous-classes, ordres, sous-ordres, familles, sous-familles, tribus, sous-tribus, genres, sous-genres, espèces et sous-espèces. Différentes approches permettent la classification des bactéries.
- La classification phénotypique
- Critères morphologiques (forme et groupement des bactéries, présence ou absence de flagelle, nature de la paroi, type de mobilité, présence d’endospore).
- Critères physiologiques (type métabolique, source d’énergie, de carbone, d’azote, type de substrat utilisé, capacité à produire certaines molécules, produits de fermentation, métabolites secondaires…).
- Critères de pathogénicité.
- Critères de sérotypie.
- La chimiotaxonomie
Il s’agit de l’analyse chimique de constituants cellulaires (structure et composition de la paroi, des membranes plasmiques, du peptidoglycane).
- La classification moléculaire
- Composition en bases de l’ADN. Le pourcentage de cytosine varie d’un organisme à un autre, mais est relativement constant au sein d’une même espèce. Le pourcentage de G + C varie de 25 à 70% chez les procaryotes.
- Hybridation ADN – ADN. Cette technique permet de comparer la totalité du génome bactérien et d'estimer le degré d'homologie entre deux bactéries. Cette caractéristique est importante dans la définition d’une espèce bactérienne.
- Séquençage des phylogénétique.
Anecdotes
Les plus anciennes bactéries en vie
En bactérie vieille d'environ 32 000 ans et toujours vivante.
On a retrouvé une bactérie endormie vivant à l'intérieur d'une mer Baltique - se présentant sous forme de morceaux durs et cassants, plus ou moins transparents, jaunes ou rougeâtres) depuis 25 à 40 millions d'années.
De même, une bactérie demeurée endormie depuis 250 millions d'années a été découverte dans un cristal de sel. Elle a été découverte par Nouveau-Mexique).
Recherche de bactéries extra-terrestres
On cherche actuellement à savoir s'il a existé une vie bactérienne sur la planète panspermie.
Une chose semble certaine aujourd'hui (2006) : les différents appareils américains et européens envoyés sur Mars dans un but d'exploration de la planète y ont laissé une grande quantité de bactéries d'origine terrestre, ce qui constitue bien une invasion extra-martienne ! Si ces bactéries terrestres arrivent à survivre en trouvant l'eau martienne profonde (qui parfois rejaillit en surface ou s'accumule en glace carbonique autour des pôles) et à s'adapter au milieu physicochimique et climatique de cette planète (notamment des extrémophiles capables d'utiliser les oxydes de fer et de carbone), elles pourraient contaminer et coloniser rapidement des sols qu'on cherche à explorer aujourd'hui, et même produire assez vite de nouvelles espèces spécifiquement martiennes, produisant à terme de profonds changements dans la chimie des sols, voire même sur l'atmosphère très ténue de Mars.
D'autres recherches s'intéressent aussi aux glaces de la lune jupitérienne Europe qui abritent de l'eau liquide sous leur surface.