Chapitre 7 - La croissance des microorganismes Flashcards
Les stratégies réproductrices des Eucaryotes
- Reproduction asexué par mitose
- Reproduction sexuée par méiose, ce qui produit des gamètes ou des cellules detype gamète
- Peut être haploide ou diploide, dépendant sur la stade de son cycle biologique
Les stratégies réproductrices des procaryotes
- Toutes les bactéries et archées sont haploides
- La plupart se reproduisent par scissiparité
- Bourgeonnement
- Divisions multiples
- Formation des filament multinucléés qui se divisent pour donner des spores mononucléés
Scissiparité
- La cellule s’allonge, réplique son chromosome et sépare les molécules d’ADN nouvellement formées de manière à ce qu’il ait un chromosome dans chaque moitié de la cellule
- Un septum se forme au milieu de la cellule parentale pour le diviser en deux cellules filles
- Chaque cellule contient son chromosome et une partie des autres constituants cellulaire
Divisions multiples
-Baeocytes, maintenues dans la paroi de la cellule jusqu’à leur libération
Filaments multinucléés
- Streptomyces
- Division des filament multinucléés pour donner des spores mononucléés
- Spores sont dispersées comme chez les champignons
Caractéristiques communes des stratégies réproductrices des procaryotes
- Dans tous les cas, le génome de la cellule doit avoir été repliqué et ségrégé pour former des nucléotides distincts
- A un certain moment, chaque nucléotide est enclos dans sa propre membrane cytoplasmique et finalement dans sa propre paroi
Le cycle cellulaire bactérenne
-La séquence complète des évènements depuis la formation d’une nouvelle cellule jusqu’à la division suivante
Les deux voies du cycle cellulaire bactérienne
- Une voie réplique et réparti l’ADN dans les cellules filles
- Une autre voie réalise la cytocinèse (formation du septum et des cellules filles)
La réplication et la répartition du chromosome
-La plupart des chromosomes sont circulaires, dont nous voyons un site unique où débute la réplication qui s’appelle l’origine de réplication et termine au site de terminaison qui est situé directement à l’opposé de l’origine
Division du chromosome chez E. coli
- Le chromosome est compacté et organise de manière à ce que l’origine et le site de terminaison soient dans les moitiés opposées de la cellule
- Au début, l’origine et le site de terminaison se déplacent vers le milieu de la cellule et un groupe de protéines nécessaires à la synthèse de l’ADN s’assemblent au niveau de l’origine pour former le répliosome
- La réplication se fait dans les deux directions commençant à l’origine
- Les deux chromosomes fils ainsi produits possèdent chacun une origine qui déplace vers un des pôles de la cellule
Processus de synthèse et du mouvement de l’ADN
- Ceci n’est pas complètement compris, mais quelques models sont proposés
- Dans un modèle, les chromosomes fils sont poussés vers les pôles opposés de la cellule, soit par le répliosome, soit par l’ARN polymérase.
- Dans un autre modèle, la condensation des chromosomes en formation tire l’ADN vers les deux extrémités.
- Certaines résultats démontrent que le MreB (similaire à l’actine) se polymérise pour former une spirale à la périphérie interne de la cellule. Ceci suggère que l’origine de chacun des nouveaux chromosomes répliqué s’associe à MreB. Ceci est conforté par le fait qu’une mutation de MreB empêche l’hydrolyse de l’ATP et ne permet plus une répartition normale des chromosomes.
Les évènements survenant lors du partage des plasmides dans les bactéries
- Modèles necessaires pour construire des hypothèses concernant la ségrégation des chromosomes.
- Plasmides sont des éléments d’ADN séparés du chromosome. La réplication des plasmides est indépendante du chromosome et le nombre de copies du plasmide est déterminé par son origine de réplication.
- Une plasmide à copie unique n’a qu’une copie par cellule
- Comme les plasmides se répliquent de manière indépendante, ils portent aussi des gènes encodant des protéines responsables de leur répartition dans chacune des cellules filles.
Septation
- Le processus de formation d’une paroi transversal entre deux cellules filles (cinq étapes)
- La sélection du site de formation du septum
- L’assemblage de l’anneau Z
- La liaison de l’anneau Z à la membrane cytoplasmique et peut-être à ds composants de la paroi
- L’assemblage de la machinerie de synthèse de la paroi
- La constriction de l’anneau Z et la formation du septum
Cytocinèse
-La description de la formation de deux cellules filles. Anciennement utilisé pour décrire la processus seulement chez les eucaryotes
L’assemblage de l’anneau Z
- Essentielle à la septation
- La protéine FtsZ (homologue de tubuline), polymérise en formant des filament qui paraissent créer la trame constituant l’anneau Z
- L’anneau est très dynamique. ON observe un !change constant d portions de la trame avec de courts polymères de FtsZ
Système MinCDE
-Composé de trois protéines : MinC, MinD et MinE
Ces trois protéines limitent la constitution d’un anneau Z au milieu de la cellule
-Les trois protéines font une oscillation d’un bout à l’autre qui augmente la concentration de MinC aux pôles, résultant à une blocage de la formation de l’anneau Z. L’anneau ne put donc que se former au centre de la cellule dépourvu de MinCDE
Assemblage du divisome (machinére de division)
- Une ou plusieurs protéines d’ancrage fixent l’anneau Z à la membrane cytoplasmique
- La machinérie de syntèse de la paroi se constitue ensuite
- Constriction de l’anneau Z
- Invagination de la membrane cellulaire
- Synthèse du paroi du septum
Cycle cellulaire de E. coli
- Réplication lente (60 minutes)
- Réplication rapide (20 minutes), mais exige une deuxième réplication d’ADN avant que la première soit fini. Donc, les cellules filles reçoivent deux fourches de réplication ou plus.
Les plasmides et le E. coli
- Le plasmide à copie unique R1 produit trois protéines.
- Le ParM (homologue à l’actine, moteur) qui se polymérise en présence de l’ATP pour former de longs filaments dans la cellule
- Le ParR (répresseur) et le ParC (centromère) se fixent sur les séquence de l’origine de réplication de chaque plasmide R1 et associent ParM au plasmide
- Quand les trois protéines sont attachées, les deux extrémités du filament ParM s’allongent et déplacent chaque plasmide vers les pôles de la cellule
La croissance cellulaire et la détermination de la morphologie cellulaire
-Nous savons que les formes des cellules bactériennes et archéennes ne sont ni accidentelles, ni aléatoires, car elles se perpétuent fidèlement de génération à génération.
Microorganismes qui changent leur forme
- Rhizobium meliloti passe de la forme bacillaire à une forme en Y lorsqu’elle vit en symbiose avec les plantes
- Héliocbacter pylori modifie sa forme hélicoidale en sphère en présence des infections de l’estomac et des cultures prolongées
La paroi des micro-organismes
- Utilisé pour empêcher le gonflement de la cellule et son éclatement provoqué par la pression de la turgescence exercé par le cytoplasme
- La pression dépend de l’osmolarité des contenus cytoplasmiques
- Doit être capable de le détendre pour pemettre l’insertion d’unités nouvellements synthétisés et de croitre
Synthèse du peptidoglycane
- Exige le groupe d’enzymes “Protéines liant la pénicilline (PLP)” qui peuvent fixer la pénicilline. Ils lient les chaines de PG entre elles et catalysent la dégradation controlee pour permettre l’insertion de nouvelles unités pendant la croissance cellulaire.
- Les autolysines (enzymes) dégradent le PG
- Le NAM et le NAG sont associées dans le cytoplasme, puis convoyés à travers la membrane cytoplasmique par un transporteur liposoluble, le bactoprénol
- Les unités sont ajoutés aux endroits où les autolysines ont coupé les liaisons entre les molécules NAM et NAG
- Les locations de l’activité autolytique et du site d’exportation ne sont pas aléatoires
Les micro-organismes en forme de sphère ou de coque
- La forme le plus simple
- Le nouveau PG ne se forme qu’au septum central pendant le dévéloppement des cellules de E. faecalis et de S. aureus
Divisome
-Région ou se forme la nouvelle paroi
Importance du FtsZ pour le septum (micro-organismes en forme de sphère ou de coque)
-La position du FtsZ décide le placement correct du septum et le site de croissance de la paroi. Sans lui, la synthèse du PG sera fait de manière aléatoire et la progéniture sera boursouflé
Les micro-organismes en forme de bâtonnet
- Le forme de bâtonnet subit un processus similaire à celle des coques, mais avant la division, elle s’allonge
- Le MreB (homologue de l’actine) détermine le diameter cellulaire pendant l’éloignation. Le MreB se polymérise en formant des rubans hélicoidaux qui tournent à l’intérieur de la cellule le long de la face cytoplasmique du paroi, Il s’agit d’un échafaudage sur lequel les composant du remodelage de la paroi s’assemblent
- L’anneau de FtsZ précise la synthése du PG dans cette région lorsqu’il est au milieu
- MreB ne se trouve pas dans les micro-organismes sphériques ou coccoides, mais dans tousles bactéries et archées cylindriques
- Cellules bacillaires prennent une forme sphérique en éliminant le MreB
Les micro-orgaismes en forme de virgule
- C. Crescentus
- Présence de MreB, FrsZ et de Crescentine
Quelques formes particuliers des micro-organismes
- B. burgdorferi garde sa morphologie spiralée grâce au placement de ses filaments flagellaires périplasmiques
- Spiroplasma n’a pas de paroi, mais garde sa forme spiralée par le positionnement de fibrilles cytoplasmiques contractiles
La courbe de croissance
- Se fait à partir d’un culture en “batch” (ils dévéloppent dans un système fermé)
- Phase de latence
- Phase exponentielle
- Phase stationnaire
- Phase de mortalité
Phase de latence
- Pas d’augmentation immediate du nombre de cellules, mais les cellules synthétisent de nouveaux composants
- Cellules réorganisent, répliquent leur ADN, commencent à augmenter leur masse et finalement se divisent
Phase exponentielle
- Dévéloppement et division des micro-oganismes à la vitesse maximale en fonction de leur potentiel génétique, de la nature du milieu et des conditions de culture
- Divisent et doublent leur nombre à intervals de temps réguliers (vitesse constante)
- Population uniforme chimiquement et physiquement, utilisé pour les tests et la recherche
- La forme de la courbe semble traduire la vitesse d’absorption des nutriments par les transporteurs protéiques
Croissance en équilibre instable
- Durant la phase exponentielle si on change le milieu nutritif ou les conditions de vie
- Les vitesses de synthèse des coposants cellulaires varient les unes par rapport aux autres jusqu’à ce qu’un nouvel état d’équilibre soit atteint
- Expérience shift up et shift down
Phase stationnaire
- Courbe horizontale
- Souvent à une concentration proche de 10^9 cellules/ml, mais ça dépend du type et du taille des microorganismes
- Le nombre totale de micro-organismes viables reste constant (pas de division malgré un métabolisme actif, Nombre de divisions = Nombre de morts)
- Causé par la limitation des nutriments et l’accumulation des déchets
- RpoS dirige le Coeur enzymatique de l’ARN polymérase vers les gènes encodant les protéines de carence qui rendent la cellule beaucoup plus résistante au dégâts dus à la carence. Certaines augmentent le pontage du PG et la solidité de la paroi. Le Dps protège l’ADN. Les chaperonnes empêchent la dégradation des protéines et renaturent les protéines endommagées
Phase de mortalité
- Le nombre de cellules viables diminue à une vitesse exponentielle
- Un hypothèse est que les cellules sont temporairement incapables de croitre, du moins dans les conditions utilisées en laboratoire. Ceci est le résulte d’une réponse génétique déclenchée dans les cellules carencées. Ces cellules sont dites viables non cultivables (VNC) car ils sont dormants. Ils peuvent reprendre leur développement dans les conditions appropriées.
- L’autre hypothèse suggère que c’est la mort cellulaire programmée. Ceci prédit qu’une fraction des micro-organismes est programmée pour s’auto détruire lorsque la croissance s’arrête. Le suicide pour permettre aux autres de vivre
Temps de génération
-Le temps qu’il prend pour qu’une population doublera. Chez les micro-organismes qui se divisent par scissiparité, ceci est exponentielle.
Vitesse de croissance moyenne (μ)
- Le nombre de générations par unité de temps, souvent exprimé par heure
- On peut l’utiliser pour calculer le temps de génération moyen (g), qui est le réciproque de la vitesse de croissance moyenne.
La mesure de la croissance microbienne
- Nombre de cellules de la population
- Méthodes de comptage viable
- Masse cellulaire
La mesure directe du nombre de cellules
-Le comptage direct au moyen d’un cambre de comptage est un méthode facile, peu couteuse et rapide. Donne aussi des informations sur la taille et la morphologie.
Les chambres de comptage de Petroff-Hausser
-Permettent de compter des bactéries et archées
Hémocytomères
-Utilisés pour le décompte de tous les types de cellules.
Chambres de comptage (généralités)
- Ils sont des lames et couvre-objets spécialement conçus. l’espace qui les sépare crée une chambre de projondeur connue. Son fond est muni d’une grille gravée pour faciliter le comptage.
- Volume de la chambre et la dilution de l’échantillon doit être pris en considération
Désavantages des chambres de comptage
-Il faut que la population microbienne soit suffisamment dense et homogène parce qu’on ne dispose que d’un petit volume de la population.
Décompte des bactéries dans les échantillons aquatiques
- Les bactéries passent par un filtrage fait avec un membrane en polycarbonate.
- Ils sont ensuite colorées en moyen d’un agent fluorescent comme l’acridine orange ou le DAPI
- Ils comptés au microscope à épifluorescence.
La cytométrie de flux
- Création d’un flux de cellules tellement étroit qu’une seule cellule passe à la fois dans un rayon laser.
- Chaque fois qu’une cellule passe à la fois dans ce rayon, elle diffracte la lumière.
- Ceci peut se faire car les cellules sont séparées dans l’espace
- On peut compter les cellules dont les tailles ou les complexités et d’autres caractéristiques sont différentes dans une population.
- Habituellement utilisé pour des agents fluorescets ou des anticorps rendus fluorescents.
Compteurs électroniques
- Compteur de Coulter
- La suspension microbienne doit passer dans ce compteur au travers d’un petit orifice.
- Un courant électrique circule au travers de cet orifice et des électrodes placées de part et d’autre de l’ouverture mesurent la résistance électrique.
- Chaque fois qu’une cellule microbienne passe, la résistance électrique augmente et la cellule est comptée.
Pourquoi est-ce que les méthodes de décompte traditionnelles donnent des densités cellulaires supérieures aux méthodes plus récentes?
-Les méthodes traditionnelles ne font aucun distinction entre les cellules mortes et les cellules vivantes.
Les méthodes de comptage viable
- Ces méthodes ne comptent que les cellules vivantes et capables de se reproduire.
- Ensemencement en surface
- Ensemencement en profondeur
Décrire les méthodes d’ensemencement en surface/profondeur
- Un échantillon diluée de microorganismes est dispersé sur/dans le gélose. Les colonies se forment.
- Quand le nombre de colonies est connu, le nombre de microorganismes viables de l’échantillon de départ est calculé en tenant compte de la dilution.
- Résultats exprimés en unités formatrices de colonies (UFC)
Culture sur boite par membrane filtrante
- On filtre les bactéries d’échantillons aquatiques et le filtre est déposé sur un milieu gélosé ou sur un tampon impregné de milieu liquide.
- Ce dernier est incubé jusqu’à ce que chaque cellule forme une colonie.
- Le nombre de colonies donne le nombre de micro-organismes dans l’échantillon.
- Utilisé pour l’analyse de la pureté de la peau.
Problèmes avec les techniques d’isolement sur boite
- Cellules non dissociés et des micro-organismes mal dispersés entrainent une sous-évaluation
- Gélose trop chaude peut abimer ou tuer les cellules sensibles en utilisant l’ensemencement en profondeur
- Les comptages seront réduits si le milieu de culture utilisé ne permet pas la croissance de tous les micro-organismes présentes
Quelle est la grande anomalie du comptage sur boite?
Quand le nombre de cellules observes au microscope est souvent plus élevé que la population déterminé par des comptages sur boite.
