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Microbiologie > Chapitre 5 - Croissance et divisions des cellules bactériennes et dynamique d'évolution des populations bactériennes > Flashcards

Chapitre 5 - Croissance et divisions des cellules bactériennes et dynamique d'évolution des populations bactériennes Flashcards

1
Q

Quelle sont les caractéristiques d’une croissance bactérienne? (4)

A
  1. Inoculum 10^3-10^6
  2. Croissance bactérienne = population
  3. Croissance (augmente la taille) = reproduction
    (1 cellule mère = 2 cellules filles)
  4. Reproduction asexuée (ADN cellule mère = ADN cellules filles)
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2
Q

Quels sont les différents mécanismes de divisions cellulaires chez les bactéries? (4)

A
  1. Fission binaire transverse (scissiparité)
  2. Bourgeonnement
  3. Fragmentation d’hypes
  4. Formation d’exospores
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3
Q

Qu’elle structure est essentielle à la division cellulaire? et ou est-elle formée? (2)

A

La synthèse d’un septum (cloison)

  1. Transversal à l’axe longitudinal pour les bacilles
  2. Équateur pour les cocci
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4
Q

Chez quels microorganismes est-ce que la fission binaire est la plus fréquente? (3)

A
  1. Escherichia coli
  2. Bacillus subtilis
  3. Enterococcus faecalis
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Q

Comment fonctionne le bourgeonnement comme mécanisme de division cellulaire chez les bactéries? exemple de 2 microrganismes qui l’utilisent?

A

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

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6
Q

Comment fonctionne la fragmentation d’hypes? Exemple d’un microorganisme qui l’utilise?

A

Cellule filamenteuse croît et atteint une taille limite, bris pour former plusieurs cellules plus petites, cellule mère n’existera plus après.
Ex. Nocardia

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7
Q

Quelle est la différence entre la fragmentation d’hyphes et la formation d’exospores à l’extrémité des hyphes?

A

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.

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8
Q

Comment fonctionne la formation d’exospores ?

A

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.

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9
Q

Que se passe-t-il lors de l’étape préliminaire de la formation du septum?

A

Étape préliminaire: la duplication du chromosome, avant la fission binaire (production de 2 copies matériel génétique identiques)

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10
Q

Que se passe-t-il si l’étape préliminaire de la formation du septum ne se produit pas?

A

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.

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11
Q

Quelles sont les 4 étapes de la formation du septum?

A
  1. Invagination de la membrane cytoplasmique
  2. Croissance du peptidoglycane dans l’invagination de la membrane (croissance paroi cellulaire)
  3. Cloisonnement des cytoplasmes
  4. Séparation des 2 cellules filles, terminaison de la synthèse de nouvelle paroi au septum.
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12
Q

Comment s’effectue la ségrégation des chromosomes dans les cellules filles?

A

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.

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13
Q

Définir et expliquer le rôle des protéines impliquées dans l’approche moléculaire de la fission binaire. (4)

A

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.
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14
Q

Que se passe-t-il s’il y a une mutation des protéines ParA et ParB?

A

Il y a de la difficulté de ségrégation des chromosomes.

ex. une cellule fille avec 2x chromosomes ou une cellule fille avec aucun chromosomes.

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15
Q

Quelles protéines constituent l’appareil mitotique procaryote?

A

Protéines ParA, ParB, MreB. Sans celles-ci il n’y a pas de formation d’appareil mitotique et donc pas de formation de septum.

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16
Q

Comment se forme le septum? quelle protéine impliquée?

A

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.

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17
Q

Qu’arrive-t-il si la protéine ftsZ est mutée?

A

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.

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18
Q

Comment la cellule localise le site de formation du septum? protéines ou gènes impliqués?

A

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.

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19
Q

Qu’arrive-t-il s’il y a une mutation dans les gènes min?

A

Mutants minicell = formation d’un septum excentrique au mauvais endroit donc formation de mini cellules. Mais cet évènement est très rare dans la nature.

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20
Q

La fission binaire comporte des mécanismes moléculaires complexes et demande un synchronisme complexe. Vrai ou faux.

A

Vrai

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21
Q

Quel genre de progression est impliqué dans la fission binaire?

A

Progression géométrique, 2^n, ou n est le nombre de générations.

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22
Q

Dans le calcul N= N0 x 2^n, que représente chaque variable?

A 
N = population finale
N0 = population initiale
n = nombre de générations. = 3.3(log10N2-log10N1)
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23
Q

Qu’est ce que le temps de génération et quelle est sa variable? unité de mesure?

A 
g = temps de génération, temps nécessaire au dédoublement de la population, unités en min. ou hr./génération
g= (T2-T1)/n
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24
Q

Le temps de générations, g, varie en fonction de quelle condition?

A

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.
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25
Q

Vrai ou faux : les gènes min sont présents seulement chez les bactéries à Gram +.

A

Faux, présent chez les bactéries à Gram + et Gram -.

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26
Q

Vrai ou faux: le g est typique d’une espèce et est typique pour espèces dans un milieu donné.

A

Vrai

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27
Q

Quel microorganisme a le g (temps de génération) le plus petit?

A

Vibrio natriegens, g=9,6 min.

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28
Q

Qu’est ce que le taux de croissance? variable? unités?

A

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.
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29
Q

Quel est le temps de génération, g de E.coli?

A

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.

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30
Q

Vrai ou faux: In vitro, la croissance n’est pas limitée.

A

Faux: la croissance est limitée par la quantité de nutriments dans le milieu de culture. Donc, l’évolution de la population est prévisible.

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31
Q

Quelles sont les 4 phases de la courbe de croissance?

A
  1. Phase de latence
  2. Phase exponentielle
  3. Phase stationnaire
  4. Phase de mortalité.
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32
Q 
Que se passe-t-il durant la phase de latence?
Activité physiologique?
Adaptation?
Début?
Fin?
Synchronisme ou non?
Durée?
A
  • 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
33
Q 
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?
A

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.
34
Q 
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?
A
  • 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
35
Q

Que se passe-t-il durant la phase de mortalité/déclin?

  • Population?
  • division cellulaire?
  • Éléments nutritifs vs déchets?
  • durée? exemples (2)
A
  • 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 +.
36
Q

Vrai ou faux: les conditions de croissance in vitro et en nature sont les mêmes.

A

Faux: in vitro, en vase clos = volume fixe

Mais en nature, ce n’est pas le cas.

37
Q

Qu’est ce qu’un chémostat?

A

Appareil imitant les conditions de l’environnement, culture en vase non clos.

38
Q

Comment fonctionne le chémostat? (3)

A

Réacteur = volume fixe

  • Ajout constant de milieu frais via pompe
  • Élimination du milieu épuisé
  • contrôle: pH, température, agitation, gaz, etc.
39
Q

Qu’est ce que le taux de dilution?

A

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.

40
Q

Comment controlons-nous le taux de croissance dans un chémostat? Dans quelle phase les cellules se retrouvent en continu?

A

Contrôle du taux de croissance par le taux de dilution.

Les cellules se retrouvent en phase exponentielle en continu.

41
Q

Quel serait le taux de dilution vs croissance en conditions optimales?

A

Taux de dilution = taux de croissance

42
Q

Quel serait le taux de dilution vs croissance en conditions limitantes?

A

Taux de dilution < taux de croissance

43
Q

Que se passe-t-il si le taux de dilution > taux de croissance?

A

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.

44
Q

Pourquoi utilisons-nous les chémostat?

A

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.

45
Q

Quelles sont les 3 manières de mesurer la croissance bactérienne?

A
  1. Énumération cellulaire
  2. Quantification de la masse cellulaire de la population
  3. Quantification d’une activité ou d’un constituant cellulaire
46
Q

Quelles sont les 5 manières d’effectuer l’énumération cellulaire?

A
  1. Chambre de Petroff-Hausser
  2. Énumération électronique avec la cytométrie en flux
  3. Énumération des unités viables
  4. Méthodes turbidumétriques
  5. Méthode moléculaires
47
Q

Expliquer le fonctionnement de la chambre de Petroff-Hauser afin de faire l’énumération cellulaire.
Détermination de viabilité des cellules?

A
  • 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
48
Q

Quels sont les avantages de la méthode de la chambre de Petroff-Hauser afin de faire l’énumération cellulaire? (3)

A

Avantages: minimum d’équipement, rapide, population: 10^7-10^8/ml.

49
Q

Expliquer le fonctionnement de l’énumération électronique pour faire l’énumération cellulaire. (FACS)

A
  • 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
50
Q

Quels sont les avantage de l’énumération électronique? (2) + 1 désavantage?

A
  • 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.
51
Q

Pourquoi utilisons-nous la technique d’énumération électronique, donner 2 exemples concrets?

A
  1. Détection de spores dans l’air

2. Caractérisation des populations hétérogènes

52
Q

Expliquer le fonctionnement de l’énumération des unités viables?

A
  • Plus fréquemment utilisée
  • Dilutions séquentielles + étalement en surface ou en profondeur
  • Unités viables ou UFC
53
Q

Combien de colonies peuvent être présentes par pétri?

A

de 30 à 300, en dessous de 30 ce n’est pas assez et au dessus, il y aura superposition des colonies.

54
Q

Est ce qu’une unité formatrice de colonie est équivalente à une cellule? 2 ex.

A

Non, car plusieurs organismes on des agencements multicellulaires. Donc, UFC n’égale pas cellule.
ex. Staphylococcus et Streptococcus.

55
Q

Quel est l’avantage de l’énumération des unités viables et le désavantage?

A

Avantage : Économique

Désavantage: Cette technique demande de l’espace et du temps (de 24h à 6 mois)

56
Q

Quel genre d’organisme et de population observons nous grâce à la méthode d’énumération des unités viables? (3)

A
  1. Organismes viables
  2. Population diluée
  3. 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)
57
Q

Quelle est la problématique avec la méthode d’énumération des unités viables?

A

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.

58
Q

Expliquer le fonctionnement des méthodes turbidimétriques.

A

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.

59
Q

Quel est l’avantage (3) et le désavantage de la méthode turbidimétrique?

A

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.

60
Q

Pouvons-nous déterminer la viabilité des cellules avec la méthode turbidimétrique?

A

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.

61
Q

Quelle méthode d’énumération cellulaire est utilisée de routine en laboratoire?

A

Les méthodes turbidimétriques

62
Q

Quel est le fonctionnement des méthodes moléculaires pour faire l’énumération cellulaire?

A
  • 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.
63
Q

Qu’est ce que la méthode moléculaire qPCR (PCR quantitatif) permet de déterminer? (2)

A
  1. Quantification d’ADN vs témoins internes (quantité d’ADN présente initialement (témoins), vs amplifiée)
  2. Nombres de copies/volume
64
Q

Quels sont les avantages de la qPCR? (3)

A
  1. Rapide
  2. Quantification d’organismes non cultivables
  3. Quantification simultanée de plusieurs organismes
65
Q

Quels sont les désavantages des méthodes moléculaires d’énumération cellulaire? (3)

A
  1. Appareil couteux
  2. Spécificité de ce qui est amplifié (rxn peut amplifier autre espèce que l’espèce souhaitée)
  3. Spécificité des séquences : longues mises au point pour s’assurer d’amplifier la bonne espèce.
66
Q

Est ce que les méthodes moléculaires permettent de déterminer la viabilité des cellules?

A

Non, on ne sait pas si elles sont vivantes ou non, on peut seulement quantifier la quantité d’ADN présente dans l’environnement.

67
Q

Comment fonctionne la méthode de détermination du poids sec comme méthode de quantification de la masse cellulaire?

A
  • 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.

68
Q

Pourquoi la méthode de détermination du poids sec nécessite un séchage complet?

A

Car il peut y avoir présence de 10^9 cellules dans 1 mg de masse donc dans 1ul d’eau.

69
Q

Pouvons-nous déterminer la viabilité des cellules avec la méthode de quantification de la masse cellulaire?

A

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)

70
Q

Quelle courbe de référence/étalon peut-on créer afin d’estimer la viabilité cellulaire en utilisant la méthode de quantification de la masse cellulaire?

A

Courbe de référence/étalon : Poids sec vs UFC

71
Q

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.

A

Vrai, avec le poids sec, la phase de déclin ou de mortalité est plus longue et difficile à déterminer qu’avec les UFC.

72
Q

Pour quels microorganismes la méthode de détermination du poids sec est-elle la méthode de choix (2)
(3 exemples)

A

Méthode de choix pour les bactéries agrégées ou formant des hyphes.
ex. Mycobacterium, streptomyces, mycètes

73
Q

Pourquoi utilisons nous la méthode de détermination du poids sec au lieu de la méthode UFC?

A
  • Utilisée pour déterminer la croissance de populations ou il est difficile de déterminer les UFC ou lorsque les populations ont des densité élevées.
74
Q

Quelle est la méthode de choix pour quantifier une activité ou un constituant cellulaire?

A

La détermination chimique.

75
Q

Comment est-ce que la méthode de détermination chimique fonctionne?

A 
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
76
Q

Que nécessite la méthode de détermination chimique? (2)

A
  1. Facteurs de conversion

2. Application spécialisée

77
Q

Comment faire le choix d’une méthode de mesure de croissance?

A

Aucune n’est universelle, varie selon l’objectif de la recherche.

78
Q

Quelles méthodes de mesure de croissance sont les plus fréquentes? (3)

A
  1. Unités viables - énumération des unités viables (économique mais demande espace et temps)
  2. Turbidimétrique - spectrophotomètre (réponse rapide + courbe de référence étalon DO/UFC)
  3. Méthodes moléculaires (Extraction ADN total + amplification enzymatique de séquence spécifique d’ADN par PCR)
79
Q

Quelle méthode est la méthode de préférence pour évaluer une population en croissance?

A

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.

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