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MCB 604 - Microbiologie Des Eaux Et Milieux Extrêmes > 8. Extrêmophiles et acidophiles > Flashcards

8. Extrêmophiles et acidophiles Flashcards

1
Q

Pourquoi les microorganismes extrêmophiles représentent-ils un challenge pour nous humains?

A
  • Difficilement accessibles
  • Difficile de reproduire leur conditions environnementales
  • Culture difficile car conditions difficiles à reproduire
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Q

Pourquoi ces organismes représentent un intérêt pour nous humain ?

A
  • Car ces organismes ont des enzymes fonctionnelles qui peuvent être très intéressantes pour plusieurs applications (enzymes fonctionnelles en condition salée, acide , T° élevé , basse T°, etc !
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3
Q

Nommez quelques caractéristique qui font d’un environnement un environnement extrême :

A
  • Le froid
    • La chaleur
    • L’acidité
    • La sécheresse
    • L’exposition aux rayonnements ultraviolet
    • Salinité
    • Pression hydrostatique
      pH (acide vs alcalin)
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4
Q

Pour la prochaine section, je vais présenter des habitats, parlez moi des caractéristiques qui font de cet environnement un environnement extrême:

1. La Vallée de McMurdo en Antarctique
2. Source géothermiques du parc Yellowstone au USA
3. Drainage minier acide (DMA)
4. Les déserts (ex: Atacama au Chili)
5. Cheminées hydrothermales
6. Les fond marins
A
  1. La Vallée de McMurdo en Antarctique
    • Caractéristique = FROID
    • Un des plus froid et sec connu
    • T° moyenne air = -27,6°C et sol = -26.1°C
    • Lac gelé en permanence (épaisseur varie)
  2. Source géothermiques du parc Yellowstone au USA
    • Caractéristique = Chaleur
    • Large éventail de de T°, pH et caractéristiques géochimiques
    • Découverte de la pol Taq ( Thermus aquatiqus) = utilisé en PCR
    • T° peut aller jusqu’à 100°C
  3. Drainage minier acide (DMA)
    • Caractéristique = Acidité !
    • Résulte de modifications anthropogéniques (dans les pilles de minerai contenant
      de l’argent, du cuivre, de l’or, du zinc, du plomb sont souvent riche en pyrite
    • L’exposition de la pytite à l’air et à l’eau = production acide ++
  4. Les déserts (ex: Atacama au Chili)
    • Caractéristiques = sécheresse et rayonnement
    • Chaud ou froid et aride/semi-aride
    • Les conditions limites grandement la production primaire et donc la biodiversité
    • T°, non disponibilité en eau, l’exposition à la lumière ++ = limite la vie
    • Acatama : peut être des années sans pleuvoir
  5. Cheminées hydrothermales
    • Caractéristique : Absence d’É solaire
    • L’eau chaude chargée de minéraux passe au travers des fissures à cause du
      mouvement de convection du magma
    • Les fissures ressemblent à des cheminées à cause des sédiments qui se sont
      accumulés autour d’elles.
    • T° pouvant aller jusqu’à 400°C
    • Eau des cheminées: ø d’O2, riche en CO2, H2S, CH4, H2, H2, Fe2+, Zn2+, Cu2+
  6. Les fond marins
    • Caractéristique : grande pression (énorme)
    • Les effets sont mal connus , mais la pression influence l’équilibre et la vitesse des
      rx (microchangement de volume)
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5
Q

1- Définissez un microorganisme extrêmophile:

2- Nommez des classes d’extrêmophiles et leur adaptations associées :

  1. À quel domaine les extrêmophiles appartiennent-ils ?
A
  1. Définissez un microorganisme extrêmophile:
    - Des mo qui réussissent à croître dans des conditions qui étaient considérées comme incompatibles avec la vie avant leur découverte
  2. Nommez des classes d’extrêmophiles et leur adaptations associées :
    • Acidophiles et thermophiles (acide et haute T°)
    • Psychrophiles (diminution de T°)
    • Alcalinophile (alcalin)
    • Halophiles (sel)
    • Piézophiles (pression)
    • Radiorésistant (résiste à un certain type de radiation)
    • Xérophite (résiste à la sécheresse)
  3. À quel domaine les extrêmophiles appartiennent-ils ?
    • Aux archées (mais b et autres types de mo peuvent aussi l’être)
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6
Q

Définissez les archées en général comme domaine :

A
  • Ressemble au b (trait morphologiques)
    • Niveau génétique et biochimique (expression génétique, transcription et
      traduction) ressemble aux eucaryotes
    • Retrouvée dans des environnements normaux et non-extrêmes (sol, eau de mer,
      eaux usées)
    • Aucun archée pathogène isolé, mais présence dans le microbiote humain
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7
Q

Vrai ou faux, les archées sont capables de faire du transfert horizontal de gènes entre elles, mais aussi avec les b et certains eucaryotes.

A
  • Vrai
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8
Q

Vrai ou faux, les archées pour la plupart sont non cultivables:

A
  • Vrai
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9
Q

Parlez-moi du matériel génétique et de la structure en général des archées :

A
  • Un seul chromosome circulaire
    • Pas de paroi de peptidoglycane
    • Couche de glycoprotéines appelée couche-S (perméable ++, laisse passer ++)
    • Membrane plasmique présente, mais les phospholipides diffèrent structurellement
      des phospholipides bactériens.
    • Présence d’un archaellum (ressemble à un pillus de type IV retrouvé chez les
      bactéries)
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10
Q

Expliquez à quoi sert l’archaellum ( qui ressemble à un pillus de type IV retrouvé chez les bactéries)

A
  • Système de transport
    • Creu au milieu, les protéines vont passer à l’intérieur pour le construire (Protéines impliquées dans l’architecture de l’archaellum)
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11
Q

Qu’est-ce que la pseudomuréine chez les archées ?

A
  • La paroi des archées est sans peptidoglycane, elle contient une couche de surface de protéines ou une couche-S fait de pseudomuréine (ressemble au peptidoglycanes).
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12
Q

Comment sommes-nous venu à la conclusion que les archées se rapprochent davantage des eucaryotes ?

A
  • Comparaison des structures des ARN polymérase des b, eucaryotes et archées.
  • Travaux de Woese et Fox sur l’ARN ribosomal 16S (18S chez les eucaryotes) sont venus ajouter des preuves de cette divergence entre les b et les archées !
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13
Q

Nommez les deux groupes principaux des archées:

A
  1. Crenarchaeota (principalement des thermophiles)

2. Euryarchaeota (halophiles et méthanogénèse)

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14
Q

Pourquoi dit-on que les archées ont joués un rôle important dans la recherche génétique ?

A
  • Les recherches génomiques des archées ont menées à l’annotation des gènes encore non identifiés chez l’humain
  • Ils ont permis d’identifier la fonctions de certains gènes chez certaines plantes
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15
Q

Qu’est-ce qu’un microorganismes acidophiles ?

A
  • Des mo qui croissent dans l’extrémité acide de l’échelle de pH
    • Pas de limite de pH claire
    • Un pH optimal de croissance plus petit que 3 = 3 acidophile extrême
    • Enzyme dont la structure et la stabilité est optimale en conditions acides.
    • Plusieurs sont également thermophiles puisque ces 2 conditions se retrouvent
      fréquemment dans le même environnement.
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16
Q

Vrai ou faux, les archées sont les championnes des thermoacidophilles, les mo acidophiles non thermophiles sont plus des b.

A

Vrai

17
Q

Vrai ou faux : Acidithiobacillus thiooxidans (bacille aérobie stricte) et Acidithiobacillus ferrooxidans (bacille mésophile anaérobie facultative) sont 2 espèces acidophiles bien connues et étudiées. Elles sont chimiolothotrophes et extraient leur énergie de composés acidophiles. A. thiooxidans utilise le S0, mais A. ferrooxidans utilise le FeS, FeS2 et le S0 pour extraire leur énergie.

A

Vrai

18
Q

Pourquoi Acidithiobacillus thiooxidans (aérobie stricte) et Acidithiobacillus ferrooxidans sont deux bactéries importantes ?

A

Parce qu’elles sont centrales dans les procédés de biolixiviation de métaux à partir de minerai pauvre.

19
Q

Pourquoi l’ajout de A. ferroxidans aide à extraire les métaux du minerai ?

A
  • Elle colonise la pyrite (pH acide), elle va accélérer les rx via l’utilisation de la pyrite dans son métabolisme et la production de fer ferreux (augmente la vitesse d’environ 1000x)
20
Q

Ceci n’est pas une question, parce que honnêtement qui se poserait ce genre de question O.o …

Certains mo eucaryotes (comme les algues microscopiques Euglena) tolèrent les pH> 3 et ont un pH optimal de croissance de 5,5 . Elles sont à la base de la production primaire dans leur environnement acide. Elles ont également une résistance élevée à certains métaux dont le Cd, le Co, le Cu et le Zn.

A

On lâche pas ! Pour vrai ça achève ;)

21
Q

Quelles sont les deux principales adaptation qui permettent aux mo acidophiles de survivre dans leur enviro ?

A
  1. Pompe à protons qui expulsent des ions H+ (pour conserver le pH du cytoplasme ~5,0 -6,5)
  2. Les protéines doivent subir des modification pour rester fonctionnelles (a.a. acides à leur surface)
22
Q

Que pourrait causer un changement de la charge globale d’une protéine de mo acidophile ?

A
  • La destruction de la protéine causant un changement de conformation majeur.
23
Q

Pourquoi les acidophiles doivent-ils garder un pH intracellulaire neutre ?

A
  • Pour maintenir leur enzyme fonctionnelle

- pH optimal de fonctionnement près de 7

24
Q

Pourquoi le potentiel de membrane est important chez les acidophiles ?

A
  • Il est à la base de la conversion de l’ATP et du mouvement du flagelle
25
Q

Le maintien du pH intracellulaire chez les acidophiles est respecté grâce à plusieurs adaptations, lesquelles ?

A
  1. Mécanisme actif :
    - Pompes à protons ATP-dépendantes (expulsent des H+ (maintenir pH intra-c plus élevé))
    - Pompes à K+ (transportent activement le K+ vers l’intérieur pour conserver potentiel de membrane +)
  2. Mécanisme passif : Membrane imperméables aux H+ (phospholipides particuliers)
26
Q

Vrai ou faux,
Habituellement les bactéries ont un potentiel de membrane interne négatif afin de faciliter l’entrée d’ions H+, par contre, les bactéries acidophiles elles ont un potentiel de membrane positif afin de limiter l’entrée d’ions H+ qui viendraient acidifier le cytoplasme et nuire au fonctionnement cellulaire.

A
  • Vrai
27
Q

À quoi sert en général l’acide glutamiques et aspartique en surface des protéines chez l’acidophile Sulfolobus solfataricus ?

A

Sert à avoir une activité optimale à un pH beaucoup plus bas que celui retrouvé dans le cytoplasme où ils se trouvent

28
Q

Quelles sont les effets de l’acide glutamiques et aspartique en surface des protéines chez l’acidophile Sulfolobus solfataricus à pH acide, neutre et alcalin ?

A
  • Acide : Charge négative moins présentes donc ça contribue à la stabilité de la protéine
  • Neutre: Surface protéique négative
  • Alcalin: Ces résidus sont un problème (la charge négative présente repousse et déstabilise la protéine)
29
Q

Vrai ou faux,
1. certaines bactéries acidophiles utilisent des molécules de fer structurale afin de maintenir leur structure à un pH plus faible (rivet de fer).

  1. Certaines enzymes d’acidophiles n’on pas un pH optimal acide.
A
  1. Vrai
  2. Vrai
    - Ex: Les ligases impliquées dans la jonction de fragments d’ADN, fonctionnement mieux à pH 6.0-7.0. Pourquoi ? Leur substrat, ici l’ADN, est sensible dans un pH acide (stabilité ADN compromise).
30
Q

Quelles sont les deux hypothèses voulant expliquer que certaines enzymes (chez des acidophiles) dont le pH optimal est ~2-3, se retrouvent dans un cytoplasme à pH moyen de 5,6 ?

A
  1. Enzymes sont localisés dans un compartiment acide

2. Enzymes forment des complexes multienzymatiques qui se rapprochent du pH optimal de fonctionnement

31
Q

En quoi consiste la biolixiviation ?

A

Utilisation des bactéries chimiolithoautotrophes et leurs métabolismes pour acidifier un milieu et en récupérer certains métaux (quantités insuffisantes pour être extraits de façon traditionnelle)

32
Q

Pourquoi choisir la biolixiviation plutôt qu’une méthode traditionnelle ?

A
  • Permet d’acidifier et de solubiliser les métaux
    • Moins couteux et moins polluant
    • Permet de récupérer des métaux en [trop base] pour la méthode classique
    • Permet e traiter l’eau et de récupérer les métaux
33
Q

Quels sont les deux types de biolixiviation ?

A

Type direct et indirecte

34
Q

Expliquez en quoi consiste la biolixiviation directe :

A
  • Contact direct entre la surface du minerai et de la b
  • Transfert d’électrons Cu, Fe ou S entre minéraux et b = formation d’eau
  • Forme oxydés de ces métaux sont plus solubles dans l’eau
  • Métaux toujours à l’extérieur de la bactérie (rx extra-c), donc les métaux restent en solution !!!
35
Q

Expliquez en quoi consiste la biolixiviation indirecte:

A
  • Pas besoin d’un contact direct entre les b et le minerai
  • Bactéries produisent Fe3+ à partir du Fe2+ soluble. Fe3+ est un oxydant puissant qui va réagir avec les métaux pour les oxyder !
  • Métaux oxydés = solubles dans la solution d’acide sulfurique
36
Q

Vrai ou faux

  1. La réaction de biolixiviation indirecte se produit de façon naturelle (sans bactéries).
  2. La présence de Acidithiobacillus dans la rx de biolixiviation indirecte augmente la vitesse d’un million de fois.
  3. Dans le processus industriel de la biolixiviation, de grandes quantités de minerai stérile sont empilées et de l’eau acidifiée (avec acide sulfurique) est pulvérisé sur ce minerai qui contient de l’O2.
A
  1. Vrai, mais très lent !
  2. Vrai, la vitesse du processus de lixiviation augmente d’un million de fois !
  3. Vrai ! Cette étape créer un pH favorable au développement des mo déjà présents. À mesure que l’eau s’écoule dans la pile, elle va s’enrichir de métaux et elle sera finalement récoltée dans des bassins.
37
Q

Comment fait-on pour récolter les métaux à partir du lixiviat récolté de la rx de biolixiviation ?

A
  1. Récolte du lixiviat par une rx d’oxydoréduction (provoque la précipitation du métal )
  2. Récolte du lixiviat par extraction de solvant (phase aqueuse -> phase organique)
38
Q

Quelles sont les facteurs qui peuvent nuire à l’efficacité des b dans la rx de biolixiviation ?

A
  • [en métaux toxiques] élevée (ex: Ag et Hg)
    - Raréfaction de l’air
    - Augmentation de la T°
    - Granulométrie du minerai (pour la biolixiviation directe)
39
Q

Quelles sont les 4 principales applications industrielles des b acidophiles ?

A
  1. Biolixiviation
  2. Enzymes acidophiles/thermophiles utilisées
  3. Production éthanol à partir de maïs (cellulases utilisées pour faire l’hydrolyse de la lignocellulose)
  4. Agroalimentaire (sucres simples). L’amidon est hydrolysé par des amylases, puis réhydrolysé en glucose et enfin isomérisé en fructose. Le fructose a un goût plus sucré que le glucose (pour le même apport calorique), mais le métamolisme du fructose est très différent de celui du glucose.

MCB 604 - Microbiologie Des Eaux Et Milieux Extrêmes (11 decks)

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