Chapitre 5 - Croissance et divisions des cellules bactériennes et dynamique d'évolution des populations bactériennes Flashcards
Quelle sont les caractéristiques d’une croissance bactérienne? (4)
- Inoculum 10^3-10^6
- Croissance bactérienne = population
- Croissance (augmente la taille) = reproduction
(1 cellule mère = 2 cellules filles) - Reproduction asexuée (ADN cellule mère = ADN cellules filles)
Quels sont les différents mécanismes de divisions cellulaires chez les bactéries? (4)
- Fission binaire transverse (scissiparité)
- Bourgeonnement
- Fragmentation d’hypes
- Formation d’exospores
Qu’elle structure est essentielle à la division cellulaire? et ou est-elle formée? (2)
La synthèse d’un septum (cloison)
- Transversal à l’axe longitudinal pour les bacilles
- Équateur pour les cocci
Chez quels microorganismes est-ce que la fission binaire est la plus fréquente? (3)
- Escherichia coli
- Bacillus subtilis
- Enterococcus faecalis
Comment fonctionne le bourgeonnement comme mécanisme de division cellulaire chez les bactéries? exemple de 2 microrganismes qui l’utilisent?
Renflement (bourgeon) croît jusqu’à ce qu’il atteigne la taille de la cellule mère puis formation d’un septum = séparation.
ex. 1 Rhodopseudomonas acidophila
ex. 2 Hyphomicrobium vulgare
Comment fonctionne la fragmentation d’hypes? Exemple d’un microorganisme qui l’utilise?
Cellule filamenteuse croît et atteint une taille limite, bris pour former plusieurs cellules plus petites, cellule mère n’existera plus après.
Ex. Nocardia
Quelle est la différence entre la fragmentation d’hyphes et la formation d’exospores à l’extrémité des hyphes?
Dans la fragmentation d’hypes la cellule mère n’existe plus après tandis que dans la formation d’exospores, l’hyphe (cellule mère) existe après la division.
Comment fonctionne la formation d’exospores ?
Formation d’exospores à l’extrémité des hyphes. Formation d’un très grand nombre de petites cellules à l’extrémité de l’hyphe = exospores, qui augmentent la population du microorganisme. Les exospores sont libérées spontanément et l’hyphe demeure en vie après.
Que se passe-t-il lors de l’étape préliminaire de la formation du septum?
Étape préliminaire: la duplication du chromosome, avant la fission binaire (production de 2 copies matériel génétique identiques)
Que se passe-t-il si l’étape préliminaire de la formation du septum ne se produit pas?
Si la duplication du chromosome est bloquée, il y a inhibition de la formation du septum.
Les cellules filles ont besoin d’avoir de l’ADN (matériel génétique) sinon la cellule n’aura plus de progéniture.
Quelles sont les 4 étapes de la formation du septum?
- Invagination de la membrane cytoplasmique
- Croissance du peptidoglycane dans l’invagination de la membrane (croissance paroi cellulaire)
- Cloisonnement des cytoplasmes
- Séparation des 2 cellules filles, terminaison de la synthèse de nouvelle paroi au septum.
Comment s’effectue la ségrégation des chromosomes dans les cellules filles?
Absence d’appareil mitotique (comme chez les eucaryotes)
- Présence du mésosome = portion de la membrane cytoplasmique associée au chromosome bactérien, site d’attachement des chromosomes, croissance de la membrane cytoplasmique entre les mésosomes.
Définir et expliquer le rôle des protéines impliquées dans l’approche moléculaire de la fission binaire. (4)
Protéines ParA et ParB pour partage permettent la migration des chromosomes dans les pôles cellulaires en interagissant avec ParS près d’oriC sur le chromosome.
- Lorsque le chromosome est répliqué, ParA et ParB s’attachent à ParS (près d’oriC) sur le chromosome pour séparer les 2 copies d’ADN dans les 2 cellules.
- Protéine MreB est apparentée au cytosquelette procaryote (actine) et est assemblée en spirale, ce qui permet le déplacement des chromosomes en interagissant avec ParA/B oriC.
Que se passe-t-il s’il y a une mutation des protéines ParA et ParB?
Il y a de la difficulté de ségrégation des chromosomes.
ex. une cellule fille avec 2x chromosomes ou une cellule fille avec aucun chromosomes.
Quelles protéines constituent l’appareil mitotique procaryote?
Protéines ParA, ParB, MreB. Sans celles-ci il n’y a pas de formation d’appareil mitotique et donc pas de formation de septum.
Comment se forme le septum? quelle protéine impliquée?
La protéine FtsZ en forme d’anneaux concentriques crée un échafaudage au site de formation du septum, FtsZ induit l’invagination de la membrane cytoplasmique.
Qu’arrive-t-il si la protéine ftsZ est mutée?
Il y a formation de longues cellules filamenteuses à température non-permissive. ftsZ forment des filaments sensibles à la température.
- à température élevée, ex. 42 C, il y a réplication du matériel génétique et ségrégation mais pas de formation du septum.
Comment la cellule localise le site de formation du septum? protéines ou gènes impliqués?
Les gènes min présents chez les Gram- et Gram +
Les gènes min sont des inhibiteurs de la FtsZ (qui forme le septum)
- MinCD inhibe l’assemblage de FtsZ et influence le site de formation du septum.
- Normalement, MinCD se retrouve partout sur la paroi sauf au centre donc ou il y aura la formation du septum.
Qu’arrive-t-il s’il y a une mutation dans les gènes min?
Mutants minicell = formation d’un septum excentrique au mauvais endroit donc formation de mini cellules. Mais cet évènement est très rare dans la nature.
La fission binaire comporte des mécanismes moléculaires complexes et demande un synchronisme complexe. Vrai ou faux.
Vrai
Quel genre de progression est impliqué dans la fission binaire?
Progression géométrique, 2^n, ou n est le nombre de générations.
Dans le calcul N= N0 x 2^n, que représente chaque variable?
N = population finale N0 = population initiale n = nombre de générations. = 3.3(log10N2-log10N1)
Qu’est ce que le temps de génération et quelle est sa variable? unité de mesure?
g = temps de génération, temps nécessaire au dédoublement de la population, unités en min. ou hr./génération g= (T2-T1)/n
Le temps de générations, g, varie en fonction de quelle condition?
Il varie en fonction du milieu.
- Dans un milieu riche en nutriments ou facteurs de croissance, le g diminue
- Dans un milieu pauvre, le g augmente puisque la cellule utilise de l’énergie pour former des molécules essentielles.
Vrai ou faux : les gènes min sont présents seulement chez les bactéries à Gram +.
Faux, présent chez les bactéries à Gram + et Gram -.
Vrai ou faux: le g est typique d’une espèce et est typique pour espèces dans un milieu donné.
Vrai
Quel microorganisme a le g (temps de génération) le plus petit?
Vibrio natriegens, g=9,6 min.
Qu’est ce que le taux de croissance? variable? unités?
Le taux de croissance : k, est une constante de vitesse de croissance moyenne, k=1/g ou k=n/(T2-T1)
- Unités : générations/heure
- Dans des conditions ou il n’y a pas de limite de nutriments
- Comparaison de milieux
- Utilisation d’un chémostat pour favoriser la croissance et s’assurer qu’il y ait un apport constant de nutriments.
Quel est le temps de génération, g de E.coli?
20 min/génération, mais avec 48h de croissance continue, E.coli pèserait 4000 fois la masse de la terre., donc impossible!
- In vitro: la croissance est limitée par la quantité de nutriments dans un milieu de culture. L’évolution de la population est donc prévisible.
Vrai ou faux: In vitro, la croissance n’est pas limitée.
Faux: la croissance est limitée par la quantité de nutriments dans le milieu de culture. Donc, l’évolution de la population est prévisible.
Quelles sont les 4 phases de la courbe de croissance?
- Phase de latence
- Phase exponentielle
- Phase stationnaire
- Phase de mortalité.
Que se passe-t-il durant la phase de latence? Activité physiologique? Adaptation? Début? Fin? Synchronisme ou non? Durée?
- Activité physiologique élevée
- Adaptation des cellules au milieu
- Début : pas d’augmentation de la population
- Fin: les cellules commencent à se diviser, non-synchronisés = courbe sur graphique
- Durée variable selon les conditions du milieu : âge, état physiologique, milieu
Que se passe-t-il durant la phase exponentielle de croissance? allure de la courbe? temps de génération? Cellules identiques ou non? Métabolisme? Restrictions de nutriments? Durée?
Graphiquement = une droite
- Augmentation constante de la population
- Temps de génération constant et minimal, nous déterminons le g ou k dans cette phase
- Toutes les cellules sont identiques
- Métabolisme au maximum
- Pas de restriction des nutriments
- Durée courte : quand on commence à épuiser les nutriments du milieu, on passe à la phase stationnaire.
Que se passe-t-il durant la phase stationnaire de croissance? Croissance? Densité de population? Population constante ou non? Éléments nutritifs et déchets? Taille et composition des cellules? Population? Durée?
- Ralentissement de la croissance
- Densité maximale de la population : 5-15x10^9 cellules/ml
- Population constante : même quantité de cellules qui se divisent et qui meurent
- Éléments nutritifs se raréfient
- Concentration de substances toxiques (déchets métaboliques) augmentent, ex. acide lactique
- Tailles et compositions des cellules diffèrent : population hétérogène
- Formation d’endospores
- Durée variable
Que se passe-t-il durant la phase de mortalité/déclin?
- Population?
- division cellulaire?
- Éléments nutritifs vs déchets?
- durée? exemples (2)
- chute constante de la population
- absence de division cellulaire
- Disparition des éléments nutritifs
- Concentration maximale de déchets métaboliques
- Durée variable en fonction du milieu et de l’espèce : Neisseria gonorrhoeae = 72 h, E. coli = 60 jours et +.
Vrai ou faux: les conditions de croissance in vitro et en nature sont les mêmes.
Faux: in vitro, en vase clos = volume fixe
Mais en nature, ce n’est pas le cas.
Qu’est ce qu’un chémostat?
Appareil imitant les conditions de l’environnement, culture en vase non clos.
Comment fonctionne le chémostat? (3)
Réacteur = volume fixe
- Ajout constant de milieu frais via pompe
- Élimination du milieu épuisé
- contrôle: pH, température, agitation, gaz, etc.
Qu’est ce que le taux de dilution?
Le taux de dilution aide à contrôler le débit d’arrivée du milieu, il est contrôlé via une pompe qui dicte la quantité de volume à ajouter.
Taux de dilution : Volume ajouté/Volume total/heure.
ex. 100ml/heure dans réacteur de 1 litre = taux de dilution de 0.1 h^-1.
Comment controlons-nous le taux de croissance dans un chémostat? Dans quelle phase les cellules se retrouvent en continu?
Contrôle du taux de croissance par le taux de dilution.
Les cellules se retrouvent en phase exponentielle en continu.
Quel serait le taux de dilution vs croissance en conditions optimales?
Taux de dilution = taux de croissance
Quel serait le taux de dilution vs croissance en conditions limitantes?
Taux de dilution < taux de croissance
Que se passe-t-il si le taux de dilution > taux de croissance?
Lavage = wash-out, la population se retrouvera dans le milieu de déchet et l’échantillon deviendra stérile.
Il y aurait une augmentation du volume sans que les cellules aient le temps de doubler leur population donc on laverait notre échantillon.
Pourquoi utilisons-nous les chémostat?
Car ils ont une pertinence biologique, les conditions de culture continue sont presque équivalentes à celles in vivo.
- il y a une grosse différence entre le temps de génération d’un organisme in vitro vs in vivo.
Quelles sont les 3 manières de mesurer la croissance bactérienne?
- Énumération cellulaire
- Quantification de la masse cellulaire de la population
- Quantification d’une activité ou d’un constituant cellulaire
Quelles sont les 5 manières d’effectuer l’énumération cellulaire?
- Chambre de Petroff-Hausser
- Énumération électronique avec la cytométrie en flux
- Énumération des unités viables
- Méthodes turbidumétriques
- Méthode moléculaires
Expliquer le fonctionnement de la chambre de Petroff-Hauser afin de faire l’énumération cellulaire.
Détermination de viabilité des cellules?
- Compte des cellules dans un volume prédéterminé.
- 25 carreaux : 1mm^2, 0,02mm d’hauteur : 0,02 mm^3
- Il faut toujours multiplier notre résultat du montant de microorganismes dans 25 carreaux par 50 x 10^3
- Pas de détermination de viabilité des cellules, seulement décompte des corps bactériens
Quels sont les avantages de la méthode de la chambre de Petroff-Hauser afin de faire l’énumération cellulaire? (3)
Avantages: minimum d’équipement, rapide, population: 10^7-10^8/ml.
Expliquer le fonctionnement de l’énumération électronique pour faire l’énumération cellulaire. (FACS)
- Milieu liquide, population en suspension uniforme
- cytométrie en flux
- Débit contrôlé : laser visible/UV
- Nombre de corps bactériens comptés
- Utilisation de fluorochromes vitaux pour trier les cellules, déterminer si elles sont vivantes/mortes.
- FACS
Quels sont les avantage de l’énumération électronique? (2) + 1 désavantage?
- Rapide
- Coût : < 50 000$
- Sensibilité : limité par la taille des bactéries, le système de détection n’est pas fait pour les petites cellules, plutôt pour les grosses cellules comme globules blancs.
Donc, présence de témoin interne: billes de tailles et concentrations connues.
Pourquoi utilisons-nous la technique d’énumération électronique, donner 2 exemples concrets?
- Détection de spores dans l’air
2. Caractérisation des populations hétérogènes
Expliquer le fonctionnement de l’énumération des unités viables?
- Plus fréquemment utilisée
- Dilutions séquentielles + étalement en surface ou en profondeur
- Unités viables ou UFC
Combien de colonies peuvent être présentes par pétri?
de 30 à 300, en dessous de 30 ce n’est pas assez et au dessus, il y aura superposition des colonies.
Est ce qu’une unité formatrice de colonie est équivalente à une cellule? 2 ex.
Non, car plusieurs organismes on des agencements multicellulaires. Donc, UFC n’égale pas cellule.
ex. Staphylococcus et Streptococcus.
Quel est l’avantage de l’énumération des unités viables et le désavantage?
Avantage : Économique
Désavantage: Cette technique demande de l’espace et du temps (de 24h à 6 mois)
Quel genre d’organisme et de population observons nous grâce à la méthode d’énumération des unités viables? (3)
- Organismes viables
- Population diluée
- Population très diluée = filtration (d’un volume connu qui nous donne une idée de la quantité de microorganisme dans notre échantillon, croissance de la colonie à la surface de notre filtre -labo)
Quelle est la problématique avec la méthode d’énumération des unités viables?
UFC n’est pas égal à la population totale en raison de la polyvalence du milieu
- Moins de 1% des espèces sont cultivables. Dans notre milieu de culture, nous observons seulement les espèces qui croissent dans notre milieu choisi.
Expliquer le fonctionnement des méthodes turbidimétriques.
Utilisation d’un spectrophotomètre (lumière absorbée) pour déterminer la présence de trouble (corps bactériens) selon si les organismes absorbent ou dispersent la lumière.
- plus population bactérienne croît, plus la densité optique augmente.
Quel est l’avantage (3) et le désavantage de la méthode turbidimétrique?
Avantage : Rapide et l’appareil peut être utilisé pour d’autres utilisations (utilisées de routine en laboratoire)
En conditions standardisées : même espèce, même milieu, etc. Nous pouvons déterminer une courbe de référence/étalon (DO/UFC)
Désavantage : Observation de populations entre 10^7 et 10^8 UFC/ml seulement. Si les populations ne sont pas observables à l’oeil nu, le spectrophotomètre ne les détectera pas non plus.
Pouvons-nous déterminer la viabilité des cellules avec la méthode turbidimétrique?
Non, sauf qu’en conditions standardisées : même espèce, même milieu,etc. nous pouvons créer une courbe étalon DO/UFC et se situer dans notre courbe de croissance afin d’estimer la viabilité de notre échantillon.
Quelle méthode d’énumération cellulaire est utilisée de routine en laboratoire?
Les méthodes turbidimétriques
Quel est le fonctionnement des méthodes moléculaires pour faire l’énumération cellulaire?
- Extraction de l’ADN total et amplification enzymatique d’une séquence spécifique d’ADN par PCR (réaction en chaîne d’une polymérase) afin d’augmenter le nombre de copies de cette séquence d’ADN.
Qu’est ce que la méthode moléculaire qPCR (PCR quantitatif) permet de déterminer? (2)
- Quantification d’ADN vs témoins internes (quantité d’ADN présente initialement (témoins), vs amplifiée)
- Nombres de copies/volume
Quels sont les avantages de la qPCR? (3)
- Rapide
- Quantification d’organismes non cultivables
- Quantification simultanée de plusieurs organismes
Quels sont les désavantages des méthodes moléculaires d’énumération cellulaire? (3)
- Appareil couteux
- Spécificité de ce qui est amplifié (rxn peut amplifier autre espèce que l’espèce souhaitée)
- Spécificité des séquences : longues mises au point pour s’assurer d’amplifier la bonne espèce.
Est ce que les méthodes moléculaires permettent de déterminer la viabilité des cellules?
Non, on ne sait pas si elles sont vivantes ou non, on peut seulement quantifier la quantité d’ADN présente dans l’environnement.
Comment fonctionne la méthode de détermination du poids sec comme méthode de quantification de la masse cellulaire?
- Filtration + séchage 100-150 C.
- nécessite un séchage complet car il peut y avoir 10^9 cellules dans 1 mg donc 1 ul d’eau.
Pourquoi la méthode de détermination du poids sec nécessite un séchage complet?
Car il peut y avoir présence de 10^9 cellules dans 1 mg de masse donc dans 1ul d’eau.
Pouvons-nous déterminer la viabilité des cellules avec la méthode de quantification de la masse cellulaire?
Pas idée de la viabilité, mais dans conditions bien établies on peut estimer la population de la cellule et donc la viabilité des cellules avec la courbe étalon.
- Courbe de référence/étalon (Poids sec vs UFC)
Quelle courbe de référence/étalon peut-on créer afin d’estimer la viabilité cellulaire en utilisant la méthode de quantification de la masse cellulaire?
Courbe de référence/étalon : Poids sec vs UFC
Vrai ou faux: La courbe de croissance en utilisant la méthode de détermination du poids sec est différente de la courbe de croissance en utilisant la méthode de détermination des UFC.
Vrai, avec le poids sec, la phase de déclin ou de mortalité est plus longue et difficile à déterminer qu’avec les UFC.
Pour quels microorganismes la méthode de détermination du poids sec est-elle la méthode de choix (2)
(3 exemples)
Méthode de choix pour les bactéries agrégées ou formant des hyphes.
ex. Mycobacterium, streptomyces, mycètes
Pourquoi utilisons nous la méthode de détermination du poids sec au lieu de la méthode UFC?
- Utilisée pour déterminer la croissance de populations ou il est difficile de déterminer les UFC ou lorsque les populations ont des densité élevées.
Quelle est la méthode de choix pour quantifier une activité ou un constituant cellulaire?
La détermination chimique.
Comment est-ce que la méthode de détermination chimique fonctionne?
Évaluer la quantité de molécules spécifiques présentes en grandes quantité dans un environnement. Ex. Azote total (a.a nucléotides) Peptidoglycane ADN ATP Produits finaux de fermentation
Que nécessite la méthode de détermination chimique? (2)
- Facteurs de conversion
2. Application spécialisée
Comment faire le choix d’une méthode de mesure de croissance?
Aucune n’est universelle, varie selon l’objectif de la recherche.
Quelles méthodes de mesure de croissance sont les plus fréquentes? (3)
- Unités viables - énumération des unités viables (économique mais demande espace et temps)
- Turbidimétrique - spectrophotomètre (réponse rapide + courbe de référence étalon DO/UFC)
- Méthodes moléculaires (Extraction ADN total + amplification enzymatique de séquence spécifique d’ADN par PCR)
Quelle méthode est la méthode de préférence pour évaluer une population en croissance?
Les méthodes moléculaires sont préférables pour déterminer la présence de microbiote, plusieurs bactéries
- Extraction ADN total + amplification enzymatique d’une séquence spécifique d’ADN (PCR)
- qPCR = amplification vs témoins interne : nombre de copies/volume
- Rapide, utilisée pour quantifier organismes non cultivables et quantification simultanée de plusieurs organismes
- Cependant, couteuse et pas de spécificité de ce qui est amplifié, donc requiert longues mises au point.
