Chapitre 7 - La croissance des microorganismes Flashcards
1
Q
Les stratégies réproductrices des Eucaryotes
A
- 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
2
Q
Les stratégies réproductrices des procaryotes
A
- 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
3
Q
Scissiparité
A
- 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
4
Q
Divisions multiples
A
-Baeocytes, maintenues dans la paroi de la cellule jusqu’à leur libération
5
Q
Filaments multinucléés
A
- Streptomyces
- Division des filament multinucléés pour donner des spores mononucléés
- Spores sont dispersées comme chez les champignons
6
Q
Caractéristiques communes des stratégies réproductrices des procaryotes
A
- 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
7
Q
Le cycle cellulaire bactérenne
A
-La séquence complète des évènements depuis la formation d’une nouvelle cellule jusqu’à la division suivante
8
Q
Les deux voies du cycle cellulaire bactérienne
A
- Une voie réplique et réparti l’ADN dans les cellules filles
- Une autre voie réalise la cytocinèse (formation du septum et des cellules filles)
9
Q
La réplication et la répartition du chromosome
A
-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
10
Q
Division du chromosome chez E. coli
A
- 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
11
Q
Processus de synthèse et du mouvement de l’ADN
A
- 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.
12
Q
Les évènements survenant lors du partage des plasmides dans les bactéries
A
- 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.
13
Q
Septation
A
- 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
14
Q
Cytocinèse
A
-La description de la formation de deux cellules filles. Anciennement utilisé pour décrire la processus seulement chez les eucaryotes
15
Q
L’assemblage de l’anneau Z
A
- 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
16
Q
Système MinCDE
A
-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
17
Q
Assemblage du divisome (machinére de division)
A
- 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
18
Q
Cycle cellulaire de E. coli
A
- 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.
19
Q
Les plasmides et le E. coli
A
- 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
20
Q
La croissance cellulaire et la détermination de la morphologie cellulaire
A
-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.
21
Q
Microorganismes qui changent leur forme
A
- 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
22
Q
La paroi des micro-organismes
A
- 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
23
Q
Synthèse du peptidoglycane
A
- 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
24
Q
Les micro-organismes en forme de sphère ou de coque
A
- 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
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Divisome
-Région ou se forme la nouvelle paroi
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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
27
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
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Les micro-orgaismes en forme de virgule
- C. Crescentus
| - Présence de MreB, FrsZ et de Crescentine
29
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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La mesure de la croissance microbienne
- Nombre de cellules de la population
- Méthodes de comptage viable
- Masse cellulaire
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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.
40
Les chambres de comptage de Petroff-Hausser
-Permettent de compter des bactéries et archées
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Hémocytomères
-Utilisés pour le décompte de tous les types de cellules.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Les méthodes de comptage viable
- Ces méthodes ne comptent que les cellules vivantes et capables de se reproduire.
- Ensemencement en surface
- Ensemencement en profondeur
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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)
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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.
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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
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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.
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Nombre le plus probable (NPP)
-On ne peut pas utiliser le comptage sur boite si le microorganisme n'est pas cultivable sur un milieu solide ou si ses colonies se répandent sur toute la boite.
-Consiste à préparer de nombreuses répliques de plusieurs dilutions d'une culture et à les ajouter à des tubes contenant un milieu liquide approprié.
-On estime que le dernier tube positif de la série de dilution a été inoculé avec 1 à 10 cellules, le tube voisin 11 à 100 cellules, ainsi de suite.
On utilise le volume de l'inoculum et des séries de dilutions au dixième.
-Employé lorsqu'il est possible d'utiliser un milieu sélectif permettant la croissance d'un type spécifique de micro-organisme.
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La mesure de la mase cellulaire
- Déterminaison de la masse sec des micro-organismes
- Les cellules se dévéloppent en milieu liquide et sont récoltés par centrifugation, lavées, séchées et pesées.
- Surtout utilisé pour mesurer la croissance des champignons filamenteux
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Spectrophotométrie
- Dans une population bactérienne, les cellules ont approximativement la même taille, donc la quantité de lumière difractée est directement proportionnelle à la masse cellulaire et indirectement à la concentration de cellules par millilitre.
- L'absorbance est en relation presque linéaire avec la concentration bactérienne à des valeurs d'absorbance inférieur à environ 0,5.
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Estimation de la masse cellulaire en mesurant la quantité d'une substance cellulaire
- On assume que sa concentration dans chaque cellule soit constante.
- Par exemple, on peut analyser le contenu total en protéines ou en azote d'un échantillon de cellules.
- Un augmentation de la population microbenne se traduira par une augmentation de la quantité des protéines totales.
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Systèmes de culture continue
- Quand une population microbienne peut être maintenue en phase exponentelle de croissance à une vitesse connue et à une concentration constante de la biomasse pendant de longues périodes.
- Permet l'étude d'une croissance microbienne en présence de nutriments en concentrations poches de celles qui existent dans les milieux naturels
- Important dans l'écologie
- Chémostats et Turbidostats
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Les chémostats
- Construit de façon telle que le milieu stérile est introduit dans la chambre de culture à la même vitesse que le milieu contenant les micro-organismes en est éliminé.
- Le milieu de culture d'un chémostat contient une quantité limitée d'un élément nutritif essentiel (comme une vitamine)
- La vitesse de croissance est déterminé par la vitesse à laquelle milieu frais est ajouté dans la chambre de culture et la densité cellulaire finale dépend de la concentration en nutriment limitant.
- D = f/V (où D = vitesse de dilution, f = vitesse d'écoulement en ml/h, et V = volume du récipient)
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Vitesse de dilution faible (chémostat)
-Vitesse de dilution faible --> seule une petite quantité du nutriment est disponible et les micro-organismes ne peuvent conserver qu'une quantité limité d'énergie
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Vitesse de dilution supérieures (chémostat)
-Vitesses de dilution supérieures --> accroissent la quantité de nutriment disponible pour les micro-organismes. La vitesse de croissance peut augmenter, temps de génération diminuer lorsque l'énergie totale disponible fournie par l'apport de nutriment excède l'énergie d'entretien.
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Vitesse de dilution trop élevée (chémostat)
-Vitesse de dilution trop élevée --> les microorganisms peuvent être éliminées de la chambre de culture avant de s'être divisés, parce que la vitesse de dilution est plus grande que la vitesse de croissance.
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Le turbidostat
- Système de culture continue équipé d'une cellule photoélectrique qui mesure la turbidité de la culture dans la chambre de culture.
- Définie par la quantité de lumière diffractée
- La vitesse d'écoulement du milieu dans la cuve est réglée automatiquement pour maintenir une turbidité prédéterminé
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Différences entre le turbidostat et le chémostat
- La vitesse de dilution dans un turbidostat varie au lieu de rester constante et tous les éléments nutritifs sont en excès dans le milieu de culture
- Le turbidostat fonctionne mieux à des vitesses de dilution élevées, alors que le chémostat est plus stable e plus efficace à des vitesses de dilution réduites
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Extrêmophiles
- Bacillus infernus --> 60 degrees Celsius
| - Condiions hostiles
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L'influence des facteurs environnementaux sur la croissances (point form)
- Les solutés et l'activité de l'eau
- Le pH
- La température
- La concentration en oxygène
- La pression
- Les radiations
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Solutés et l'activité de l'eau
- Les micro-organismes sont influencés par des modification de la concentration osmotique de leur milieu, parce qu'ils en son séparées par une membrane cytoplasmique perméable sélective
- Milieu hypotonique --> l'eau échappera (s'ils on une paroi, la plasmolyse, membrane retracte de la paroi
- Milieu hypertonique --> éclatement
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Réponses à des changements osmotiques de leur milieu
En milieu hypotonique, plusieurs possibilités:
-Réduire la concentration osmotique du cytoplasme en enfermant les solutés dans des inclusions.
laisser échapper des substances grâce à la présence de canaux mécano sensibles membranaires chez certaines bactéries et archées, protégeant ainsi la cellule contre l’éclatement. (valves)
-Utiliser des vacuoles pulsatiles (protistes) voir fig 25.5 et 25.17b pour expulser de l’eau.
-Absorber des solutés compatibles (qui leur donne une concentration osmotique supérieur à celle de leur milieu). La membrane est tendue contre la paroi ou en synthétisent.
Ex: choline, betaïne, proline, Glu, et autres AA, et K+)
Protistes photosynthétiques et champignons: utilisent du saccharose et des polyols
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"De nombreux microorgaismes maintiennent une concentration osmotique cytoplasmique ________ celle de leur habitat de sorte que la membrane plasmique est toujours appliquée_______ contre la_____.
- Un peu plus supérieur
- Fermement
- Paroi cellulaire
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Solutés compatibles
-Substances chimiques dont les concentrations intracellulaires peuvent être maintenues à un niveau élevé sans interférer avec le métabolisme et la croissance
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Protection dans un milieu hypertonique
- Les bactéries et les archées augmentent leur pression osmotique interne par la synthèse ou l'adsorption de choline et de bétaine.
- Utilisation des acides aminées et des nivaux élevés d'ions potassium et chlorure
- Protistes photosynthétiques et champignons emploient le saccharose et des polyols. Polyols et les acides aminés sont des solutés parfaits car ils ne pertubent ni la structure ni la fonction des enzymes.
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Micro-organismes adaptés aux milieux hypertoniques
- Halophiles, réquièrent la présence de NaCl à >0,2M. Ils exigent des concentrations élevées de chlorure sodique et accumulent d'énormes quantités de potassium pour garder une hypertonicité supérieure à leur milieu.
- Halobactérieum, la membrane cytoplasmique et la paroi ont stabilisées par de fortes concentrations en ions sodiques.
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Activité de l'eau
- Quantification du degré de disponibilité de l'eau.
- (aw), 1/100 humidité relative de la solution our le rapport de la pression de vapeur de la solution (Psol) à celle de l'eau pure (Peau)
- aw = Psol/Peau
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Faible activité de l'eau
- Indication que la plus grande partie de l'eau du milieu est fixée chimiquement ou structurellement à d'autres composés
- L'organismes doit maintenir une concentration interne élevée de soluté pour retenir l'eau.
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Osmotolérants
- Micro-organismes qui se développent sur une très large gamme de valeurs d'aw
- S. aureus est halotolérant, peut être cultivé en présence de NaCl à une concentration proche de 3 M, adapté pour dévélopper sur la peau
- Saccharomyces rouxii se dévéloppe dans des solutions de sucre and un aw faible de 0,6 (le plupart des bactéries se trouvent à un aw de 0,98)
- Dunaliella viridis tolère des concentrations de chlorure sodique de 1,7M à 6,2 M
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Xérophiles
- Micro-organismes qui se développent mieux à une faible valeur de aw
- Halobacterium
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Le pH
-Mesure de l'activité des ions hydrogène d'une solution
-Défini comme le logarithme négatif de la concentration molaire en ions hydrogène
pH = -log[H+] = log(1/[H+])
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Acidophiles
- Optimum de croissance entre 0 et 5,5
- Majoritairement des archées, champignons et protistes photosynthtiques
- (Archées) Sulfolobus acidocaldarius (pH 1 à 3, températures élevées), Ferroplasma acidarmanus et Picrophilus oshimae
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Neutrophiles
- Optimum de croissance entre 5,5 et 8,0
| - Majoritairement les bactéries et les protistes
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Alcalophiles
- Optimum de croissance entre pH 8,0 et 11,5
| - Micro-organismes marins (pH 8,3)
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Changement du pH extérieure
- pH externe faible, la concentration en H+ est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et le proton H+ pénètra dans le cytoplasme. Des variations drastiques du pH cytoplasmique détruit la membrane cytoplasmique et inhibe l'activité des enzymes et des protéines de transport membranaires.
- Changement du pH externe altère l'ionisation des molécules nutritives et réduit leur disponibilité pour l'organisme
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Réponses aux changements du pH externe
- Se fait par des mécanismes qui maintiennent un pH cytoplasmique neutre
- Neutrophiles échangent du potassium contre des protons par un système de transport antiport
- Effet tampon interne contribue à l'homéostase
- Synthèse de nouvelles protéines (Salmonella enterica et E. coli, synthèse l'ATPase pour rejetter les protons à l'extérieur de la cellule en bas de pH 5,5)
- Salmonella entrica et E. coli en bas de pH 4,5 synthèsent de protéines de choc acide et des protées de choc thermique qui empêchent la dénaturation acide des protéines et favorisent le reploiement de protéines dénaturées
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Microorganismes qui vivent à des pH extrêmes
- Alcalophiles (Bacillus alcalophilus) gardent pH interne voisin de la neutralité par échange d'ions Na internes contre des protons externes
- Acidophiles utilisent le transport de cations (ions K), transporteurs de proton qui rejettent H+ et des membranes imperméables
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Température
- Micro-organismes ne peuvent pas controller leur température interne
- Affecte le fonctionnement des enzymes
- Affecte les membranes (trop froid, membranes solides ; trop chaud, membrane fond et s désintègre)
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Températures cardinales
- Températures de croissance minimales, maximales et optimales
- Température optimale est toujours plus proche de la température maximale
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Psychrophiles
- Réproduction à 10C.
- Avec un optimum à 15C.
- Maximum à 20C
- Enzymes et systèmes de transport non affectés par la basse température.
- Membrane riche en AG instauré et restent fluides même dans le froid.
- Pseudomonas, Vibrio, Bacillus
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Psychrotrophes
- Peut dévélopper à 0C
- Optimal 20C-30C
- Maximum de 35C
- Bactéries et champignons responsables pour la détérioration des aliments réfrigérés
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Mésophiles
- 20-45C.
- La plupart des microorganismes.
- Presque tous les germes pathogènes humain. -Température humaine.
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Thermophiles
- Se développent à 55C à 85C plus. Minimum de 45C et optimum entre 55C et 65C
- La plupart sont des procaryotes.
- Ont des enzymes thermostables, avec des centres hydrophobes bien organisés, et des liaisons H2 en plus de liaisons non covalentes.
- Des AA (proline) rigidifient la chaîne polypeptidique.
- Intervention de chaperons protéiques stabilisateurs.
- Lipides membranaires avec des liaisons éther qui les protègent d’une hydrolyse à une température élevée.
- Chez les archées, ces lipides peuvent parfois traverser la membrane et former une couche en elle-même.
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Hyperthermophiles
- Optimum de croissance entre 80C et 113C, ne se développent pas en-dessous 55C
- Pyrococcus abyssi et Pyrodictum occultum sont des hyperthermophiles marins trouvés dans les zones chaudes de fonds marins
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Différences entre thermo/hypothermophiles et mesophiles
- Hypothermophiles ont des enzymes et des systèmes de synthèse protéique thermostables
- Ces protéines présentent des centres hydrophobes fortement organisés ainsi qu'un plus grand nombre de liaisons hydrogène et L non cov
- Proline rigidifie la chaine polypeptidique
- Protéines stabilisés grâce à des chaperones et protéines associées au nucléotides stabilisent l'ADN des bactéries thermophiles
- Lipides membranaires plus saturés, ramifiés et de masse moléculaire plus élevée, augmentant leur point de fusion. Archées thermophiles ont des lipides membranaires pourvus de liaisons éther qui les protègent d'une hydyrolyse aux températures élevées et certaines s'étendent au travers de la membrane
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La concentration en oxygène (types de micro-organismes)
- Aérobie et Anaérobie
- Aérobies obligatoires
- Microaérophiles
- Anaérobies falcultatifs
- Anaérobies aérotolérants
- Anaérobies obligatoires
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Aérobies obligatoires
- L'oxygène sert d'accepteur final de la chaine de transport d'électrons dans le processus de respiration aérobie
- Les eucaryotes aérobies utilisent l'oxygène dans la synthèse des stérols et des acides gras non saturés
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Microaérophiles
- Campylobacter
- Altérés par l'oxygène dans l'air (environ 20%), mais ont besoin des concentrations de 2% à 10% pour vivre.
- Se protègent grâce à la superoxyde réductase et la peroxydase (certaines archées anaérobies aussi)
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Anaérobies facultatifs
- N'exigent pas d'oxygène, mais se développent mieux en sa présence.
- Lorsqu'il est present, ils utilisent l'oxygène comme accepteur final dans la respiration aérobie.
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Anaérobies aérotolérants
- Enterococcus faecalis
- Se développent bien en absence ou en présence d'oxygène.
- Chimiotrophes anaérobies aérotolérants ont un métabolisme strictement fermentaire
- Les aerotolérants ne peuvent pas vivre dans des milieu avec de H2O2, mais ils ont un protection limité contre le radical superoxyde. La croissance n’est pas si dense que chez les autres familles
- N'ont pas le catalase, mais presque toujours une superoxyde dismutase
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Anaérobies obligatoires
- Meurent en présence d'oxygène.
- Produisent pas d'énergie par respiration aérobie, mais utilise la fermentation ou la respiration anaérobie
- Bacéroides gengivalis dans les sillons gengivodentaires
- Clostridium tetani
- Clostridium botulinum (eutrophisation, croissances des algues qui pompent l’oxygène, création d’un milieu anaérobie, permet la croissance de cette micro-organisme, les canards meurent. N=10, P=25 et K=5. Pour éviter cette phénomène, on essai d’éliminer le P car il favorise la croissance des algues)
- N'ont pas d'enzymes de défense (ou en petites quantités)
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Bouillon au thioglycolate
-Milieu spéciale qui contient un agent réducteur abaissant la concentration en oxygène
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Un même groupe microbien peut présenter plus d'un type de réponse à l'oxygène
- Champignons sont normalement aérobies, mais certains levures sont des anaérobies facultatifs
- Protistes photosynthétiques sont généralement des anaérobies facultatifs
- Anaérobies facultatifs peuvent consommer l'oxygène dans un milieu pour que la croissance des anaérobies strictes puisse se faire (Bacteroides gingivalis, anaérobie stricte, vit dans la bouche et se dévéloppe dans les sillons gingivodentaires anoxiques)
99
Raisons pour la sensitivité à l'oxygène
- L'inactivation des protéines (oxydation des groupes sulfhydryles, nitrogenase)
- Dérivés toxiques de l'oxygène (ROS)
- Molécules qui peuvent fonctionner en aérobiose peuvent être affectées car les électrons non appariés des deux orbitales externes de l'oxygène le rendent fondamentalement instable
100
ROS
- Reactive oxygen species
- Le radical super oxyde O2 + e --> O2-
- Le peroxyde d’hydrogène O2- + e- + 2H+ --> H2O2
- Le radical hydroxyle H2O2 + e- --> +H+ --> H2O + OH
- Formés lorsque des protéines favorisent sa réduction
- Capables d'altérer les protéines, les lipides et les acides nucléiques
- Les neutrophiles et les macrophages s’en servent pour détruire des germes
101
Radical super oxyde
-Oxygène ayant un électron libre, il est un voleur d’électron. Ceci forme un radicale libre qui est extrêmement toxique
102
Peroxyde d’hydrogène
-Se forme à partir d’un radicale superoxyde, un électron et deux hydrogènes.
103
Enzymes qui assurent une protection contre ces formes toxiques de l'oxygène
-Superoxyde dismutase (SOD) catalyse la destruction du radical superoxide
(2O2- + 2H+ --> SOD--> O2 + H2O2)
-Catalase catalyse la destruction du peroxyde d'hydrogène
(H2O2 --> catalase --> H2O + O2)
-Peroxydase catalyse la destruction du peroxyde d'hydrogène
(H2O2 + NADH + H+ --> Peroxydase --> H2O + O2)
-Anaérobies strictes n'ont pas ces enzymes
104
Comment cultiver les bactéries anaérobies?
- Utilisation d'un milieu anaérobie spécial contenant des agents réducteurs comme du thioglycolate ou de la cystéine. Le milieu est boulli (éliminer oxygène) et traité avec le agents réducteurs pour permettre aux anaérobies de se développer sous la surface.
- Elimination de l'air d'une zone de travail fermée (chambre de culture anaérobie). Oxygène retiré par une pompe à vide et on expulse l'oxygène residuel avec de l'azote. Le hydrogène et le palladium (catalyseur) est ajouté pour transformer l'oxygène en H2O. CO2 ajouté pour aider la croissance.
- Utilisation de la jarre Gas Pak, qui produit de l'hydrogène en présence de palladium pour éliminer l'oxygène (méthylène bleu perd son couleur en anaérobie)
- Utilisation des sacs de plastique contenant d carbonate calcique et un catalyseur, ce qui crée une atmosphère anoxique riche en CO2
105
La pression
- La plupart vivent à la pression atmosphérique.
- 1 atm = 0,1 Mpa.
- Certaines vivent à 1000m de profondeur (600 à 1100 atm)
- La vie à ces pressions est possible en changeant les lipides membranaires (augmenter les acides gras insaturés et diminution de la longueur des acides gras pour changer la fluidité de la membrane)
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Barotolérants
- Présent dans les grandes profondeurs
| - Une pression accrue les affecte de façon défavorable, mais pas autant que les micro-organismes non tolérants
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Piézophiles (barophiles)
- Ils développent plus vite aux pressions élevées.
- Organisme qui croit à une vitesse maximale sous des pressions supérieurs à 1 atm, mais inférieurs à 590 atm
- Dans le tube digestif d’invertébrés de fonds marins à plus de 10 500 m de profondeur. De 400 à 500 atm.
- Augmenter les acides gras insaturés et diminution de la longueur des acides gras pour changer la fluidité de la membrane pour se protéger dans une augmentation de pression.
- Jouent un rôle important dans le recyclage des nutriments dan les profondeurs marins
- Photobacterium, Shewanella, Colwellia
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Hyperpiéophiles
-Ont une vitesse de croissance maximale supérieur à 590atm
109
Les radiations
- La lumière solaire est la source principale des radiations sur la Terre
- UV, IR et Radioélectriques
- La vie dépend en grand partie des organismes photosynthétiques de capter la lumière
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Rayons IR
- Constituent près de 60% de la radiation solaire et sont la source principale de chaleur de la Terre.
- Au niveau de la mer, on trouve très peu de radiation UV inférieurs à 290-300nm.
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Rayons UV
- Les UV de longueurs d'onde inférieurs à 287nm sont absorbés par l'oxygène atmosphérique. Ceci forme une couche d'ozone à une distance de 40-48km de la surface de la terre.
- Cette couche absorbe un peu les UV plus longs et se reforme de l'oxygène
- Tue les micro-organismes à cause de sa longueur d'onde courte (10nm à 400nm)
- Forment des dimères de thymines adjacentes ce qui bloque la réplication (Possibilité de réparation)
- Des longeurs d’onde entre 325-400 nm : produisent des photoproduits toxiques à partir de tryptophane. Ensemble, ils cassent les brins d’ADN.
- La lumière permet la photosynthèse mais aussi peut entraîner la formation d’O singulet toxique (agent oxydant). C’est la photo-oxydation
- Pigments photo-sensibilisateurs P (chlorophylle ou bactériochlorophylle) et O2 sont réquis ; P activé transforme O2 en ^1O2 (oxygène singulet) puissant réactif et oxydant destructeur.
- Heureusement, possibilité d’utilisation de pigments protecteurs pour se protéger contre la photo-oxydation
- Caroténoides : absorbe le singulet et le ramène à un état non excité
- Pigments des bactéries (comme S. aureus et M. Luteus) sont pour se protéger.
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Spectre électromagnétique
- Longueur d’onde (lambda)
- Flux de photons (énergie) dont chacun a un quantum d’énergie
- E = 1/lambda
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Radiations ionisantes
- Longeurs d'onde courte, haute énergie
- Principalement les rayons X et les rayons gamma.
- Prpvoquent divers changements dans les cellules, crisent les LH, oxydent les doubles liaisons, détruisent les structures cycliques et polymérisent certaines molécules
- DESTRUCTION DE L'ADN
- L'oxygène augmente l'effet destructeur en générant des radicaux hydroxyles (OH*)
- Utilisées pour stériliser
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Rayons x
-Produits artificiellement
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Rayons gamma
-Emis lors de la dégradation des radio-isotopes
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Micro-organismes résistantes au radiations ionisantes
- Les micro-organismes sont plus résistantes aux radiations ionisantes qe les organismes supérieurs, mais ils sont malgé tout dtruits par des doses suffisamment importantes
- Deinococcus radiodurans peuvent survivre à des doses relativement élevées de radiations ionisantes. Il est capable de reconstituer son génome après qu'il ait été dispersé par des doses massives de radiations.
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Lumière visible
-Pigments photosensibilisateurs et de l'oxygène sont généralement requis
Photosensibilisateurs excités transferent leur énergie à l'oxygène en générant de l'oxygène singulet (1/2O2)
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La croissance microbienne dans les milieux naturels
- Effet de l’environnement global sur les microorganismes
- Dépend de la dispoibilité en nutriment et de leur tolérance aux conditions environnementales présentes à tout moment dans leur habitat.
119
Milieu oligotrophe
-Environnement oligotrophe: peu de nutriments
-Si le nutriment facteur limitant est inchangé les changements dans les autres seront sans effet.
-Adaptation au milieu oligotrophe par des modifications afin d’absorber le maximum de nutriments comme la
modification pour augmenter sa surface d’absorption (bâtonnets à mini ou ultra micro)
et la séquestration de nutriments (Fe) pour priver les autres!
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Biofilms
- Plus de microorganismes fixés à des substrats, des surfaces (formes sessiles) que dans les milieux aquatiques (flottantes : planctoniques)
- Forment des composés, des communautés enveloppés dans du mucus
- Provoquent une corrosion sur les coques des navires qui réduit la vie des navires et induit des pertes économiques.
- Sur les dispositifs médicaux (implants) sont problématiques car ils sont souvent responsables de maladies graves et d'échecs d'implantation.
121
La production des biofilms
- Au début, les micro-organismes se fixent sur la surface conditionnée, mais peuvent s'en détacher facilement.
- Formation d'une matrice faite de polysaccharides, de protéines, de glycoprotéines, de glycolipides et d'ADN (substances polymériques extracellulaires (EPS). Permet aux micro-organismes d'avoir une meilleure adhérence sur la surface.
- Le biofilm épaissit avec la maturation. Les bactéries se multiplient et sécrètent des polymères additionnels
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Biofilms matures
- Hétérogénité des différence de l'actvité métabolique
- Déchet d'un micro-organisme peut donner de l'énergie à une autre
- ADN présent dans les mucus extracellulaires peut-être pris par des membres de la communauté du biofilm (transfert des gènes)
123
Protection des biofilms
- Protection contre les rayons UV, antibiotiques et d'autres agents antimicrobiens.
- Ceci est à cause de la matrice extracellulaire et les changements physiologiques
- Synthèse/activation des protéines dans les biofilms qui ne sont pas présents dans des cellules planctoniques.
- Rend les bactéries plus résistantes
- Cellules se communiquent à partir des glycoprotéines (anticorps) pour donner des signaux aux macrophages, les hormones…
- Dioxyde de chlore détruit les biofilmes
124
La communication intercellulaire dans les populations microbiennes
-Perception du quorum (quorum sensing) est un mode de communication par des signaux moléculaires pour communiquer entre elles selon un mode associé à la densité.
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Streptococcus pneumoniae
- Produit un peptide dont la concentration augmente avec la densité de la population
- Lorsque la concentration du peptide est élevée, certaines cellules au sein de la population passent d'un état non comptent à un état cmpétent.
- Dans l'état compétant, les cellules sont capables d'absorber de l'ADN par un processus appelé le transformation. De plus, ils libèrent un bactériochimie qui provoque la lyse des cellules non-compétants. Ces cellules lysés libèrent de l'ADN et des facteurs de virulence qui permettet aux cellules compétentes d'envahir les tissus d'un organisme hôte et provoquerdes malades sérieuses telles que les pneumonies et des méningites
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Voir fig. 6.26- La limitation de la croissance par des facteurs environnementaux
-Les microorganismes dépendent de leur environnement (nutriment et conditions physiques). 2 lois:
1- Loi du minimum de Liebig: biomasse totale d’un organisme va est déterminée par l’élément nutritif présent à la concentration la plus faible.
2- Loi de la tolérance de Shelford: limites dans les facteurs environnementaux au-dessus et au-dessous desquels les Mo ne peuvent se développer quel que soit l’apport de nutriments (fig. 6.21 température), pH, O2, etc…
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Vibrio fischeri
- Vit dans les calmars et des poissons lumineux
- Son pouvoir luminescent est contrôlé par la production du N-acylhomosérine lactone (AHL)
- Beaucoup de bactéries Gram (-) fabriquent des AHL qui diffèrent par la longueur de chaine acyle latérale et le groupement en troisième position
- AHL diffuse facilement à travers la membrane. Lorsque la densité cellulaire est faible, elle sort de la cellule, mais quand la population cellulaire augmente et que l'AHL s'accumule à l'extrieur de la cellule, le gradient de diffusion s'inverse de sorte qu'elle entre dans la cellule.
- Permet une estimation de la densité de la population
- à une concentration intracellulaire seuil, elle induit l'expression de gènes cibles qui régulent des fonctions dont le nombre varie selon les micro-organismes.
- A besoin d'un grand nombre de micro-organismes (ex: lumière du vibrio fischeri visible dans les calmars marins à une concentration de 10^10
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Utilisation de AHL
- Bactéries pathogènes Burkholderia cepacia et Pseudomonas aeruginosa utilisent l'AHL pour réguler la formation de biofilm et l'expression de facteurs de virulence.
- Agrobacterium tumefaciens (agent phytopathogène) utilise l'AHL pour infecter la plante hôte
- Erwinia carotovora utilise AHL pour produire des antibiotiques
- B. cepacia et P. aeruginosa utilisent une communication intercellulaire pour former des biofilms
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Utilisation des oligopeptides
- Gram positives (S. pneumoniae, communication)
- Enterococcus faecalis utilise un oligopeptide pour déterminer le meilleur moment pour transférer des gènes par conjugaison
- S. aureus e B. subtilus déclechent l'absorption d'ADN grâce à des oligopeptides.
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Signaux moléculaires additionels
-Seulement Gram (-) produit HL
-Gram (-) et (+) produitsent l'auto-inducteur-2 (AI-2).
-Streptomyces griseus produit une gamma-butyrolactone désignée comme le facteur-A, régule à la fois la différentiation morphologique et la production de la streptomycine
Candida albicns sécrète l'acide farnésoiqe pour contrôler la morphologie et la virulence.
