Cours 3 : Nutrition et croissance des microorganismes

Question 1

Qu’est ce que la croissance des microorganismes ?

Answer 1

La croissance est définie par un accroissement du nombre de cellules ou de la masse cellulaire totale

• Chez la plupart des procaryotes, la croissance d’une cellule se poursuit jusqu’à sa division en deux nouvelles cellules par fission binaire (scissiparité)

Question 2

Qu’est ce que la courbe de croissance microbienne ? Quelles sont les 4 phases de croissance qu’elle montre ?

Answer 2

C’est une représentation logarithmique du nombre de bactéries par millilitre en fonction du temps d’incubation dans un milieu de culture liquide.

4 phases de croissance:
- Latence
- Exponentielle
- Stationnaire
- Mortalité

Question 3

Que se passe-t-il pendant la phase de latence ?

Answer 3

C’est une phase d’adaptation sans division cellulaire. Sa durée varie selon l’âge des bactéries et les conditions du milieu.

Question 4

Que se passe-t-il pendant la phase de croissance exponentielle ?

Answer 4

Il y a une accélération de la croissance bactérienne et de la division cellulaire. Les bactéries se développent à vitesse maximale et la phase est généralement de courte durée.

Question 5

Que se passe-t-il pendant la phase stationnaire ?

Answer 5

Le nombre total de microorganismes viables reste constant, indiquant un équilibre entre la division et la mort cellulaire, souvent dû à la limitation des nutriments et à l’accumulation de déchets toxiques.

Question 6

Que se passe-t-il pendant la phase de mortalité ?

Answer 6

La division cellulaire s’arrête et le nombre de bactéries viables ou cultivables diminue constamment en raison de dommages irréparables, de la mort cellulaire programmée ou de la formation de cellules viables non cultivables (dormance).

Question 7

Comment fait-on le décompte total des micro-organismes (méthode directe) pour mesurer la croissance ?

Answer 7

• Compteur de cellules Coulter et le cytomètre de flux.
• Chambres de comptage au microscope (hémocytomètre pour levures et mammifères; cellule de Petroff-Hausser pour bactéries).

Question 8

Quels sont les avantages et inconvénients des méthodes de décompte total des microorganismes ?

Answer 8

Les avantages sont qu’elles sont faciles à utiliser, rapides et peu coûteuses, et fournissent des informations sur la taille et la morphologie des microorganismes.

Les inconvénients sont qu’elles requièrent une haute densité microbienne et comptent à la fois les cellules mortes et vivantes, bien qu’il existe des kits commerciaux pour les distinguer.

Question 9

Comment fonctionne la méthode de dilution et d’étalement sur gélose pour compter les unités viables (méthode directe) ?

Answer 9

Diluer l’échantillon microbien dans un milieu liquide, puis d’étaler les dilutions sur une plaque de gélose pour permettre aux cellules vivantes de se reproduire et former des colonies.

Question 10

Qu’est-ce que la méthode des filtres de cellulose pour le comptage des unités viables (méthode directe) ?

Answer 10

L’échantillon est passé à travers un filtre de cellulose dont la porosité retient les micro-organismes. Le filtre est ensuite placé sur un milieu de culture approprié pour permettre la croissance des colonies.

Question 11

Quelles sont les méthodes indirectes de mesure de la croissance des microorganismes ?

Answer 11

• Mesure de l’activité par la consommation de substrats ou l’excrétion de produits
• Mesure de la masse cellulaire par poids sec ou turbidimétrie.

Question 12

Comment la turbidimétrie est-elle utilisée pour estimer la croissance microbienne ?

Answer 12

La turbidimétrie estime la concentration cellulaire à l’aide de la densité optique (DO) à une certaine longueur d’onde. Une courbe de référence est établie avec un spectrophotomètre pour des concentrations connues, et la DO de l’échantillon inconnu est comparée à cette courbe pour déduire sa concentration cellulaire.

Question 13

Comment calcule-t-on le temps de génération ou de doublement et qu’est ce qu’il représente ?

Answer 13

Intervalle de temps entre 2 divisions cellulaires successives

Le temps de génération est calculé par g = t / n , où t est le temps entre 2 divisions et n le nombre de générations.

Question 14

Comment détermine-t-on le taux de croissance bactérienne ?

Answer 14

Le taux de croissance k est le nombre de générations par unité de temps et est calculé par k = n / t.

Question 15

Comment est calculé le nombre de générations dans une culture bactérienne ?

Answer 15

Le nombre de générations n est calculé par (logNt-LogN0)/log2, où Nt est le nombre de cellules au temps t et N0 est le nombre initial de cellules.

Question 16

Qu’est-ce que la culture continue et quels en sont les types ?

Answer 16

Technique de culture où les nutriments sont constamment apportés et les déchets éliminés, permettant une phase de croissance exponentielle maintenue sur une longue période.

Il y a deux types principaux :
- Chémostat : où l’apport de nutriments et l’élimination du milieu sont constants
- Turbidostat : où la vitesse de dilution est ajustée en fonction de la densité de la culture.

Question 17

Quel est le rôle des milieux de culture et comment varie leur composition ?

Answer 17

Les milieux de culture servent à la croissance, au transport ou à la conservation des microorganismes. Leur composition varie considérablement pour respecter les exigences nutritives spécifiques des différentes espèces de microorganismes.

Question 18

Quelle est la différence entre les milieux liquides et solides en microbiologie ?

Answer 18

Les milieux liquides, comme les bouillons de culture, permettent la suspension des microorganismes, tandis que les milieux solides sont similaires aux liquides mais avec l’ajout d’agar à 1-2% pour former des colonies microbiennes.

L’agar est un polysaccharide extrait d’algues rouges utilisé comme agent gélifiant.

Question 19

Comment sont classifiés les milieux de culture ?

Answer 19

Les milieux de culture sont classifiés selon leur composition et leur usage.

Question 20

Quels sont les 2 types de milieux de culture classés selon leur composition ?

Answer 20

1) Il y a les milieux synthétiques (ou définis) : composition chimique entièrement connue, adaptés pour la croissance de certains microorganismes spécifiques.

2) Les milieux empiriques (ou complexes) : composition chimique indéterminée et permettent la croissance d’une grande variété de microorganismes grâce à leur richesse en nutriments.

Question 21

Quelles sont les différences entre les milieux de base, sélectifs et différentiels (milieux de culture classés selon leur usage) ?

Answer 21

Les milieux de base ou de propagation : croissance de la plupart des microorganismes.

Les milieux sélectifs : contiennent des composés inhibant la croissance de certains microorganismes sans affecter d’autres (ex : gélose MacConkey inhibe les bactéries Gram+).

Les milieux différentiels : contiennent des substances spécifiques qui permettent de distinguer les bactéries par la couleur de leurs colonies (ex : gélose MacConkey révèle la fermentation du lactose par un changement de couleur (rouge) indiquant la présence de bactérie qui fermente le lactose).

Question 22

Quels sont les macroéléments (10) et microéléments nécessaires aux microorganismes (4) ?

Answer 22

• Macroéléments : H, O (eau), C, H, O, N, P, S (molécules organiques), K, Mg, Ca, Fe (ions).
• Microéléments : Mn, Co, Cu, Zn (éléments traces).
• Besoins spéciaux : B, Al, V, Mo, I (éléments restreints).

Question 23

Pourquoi les microorganismes nécessitent-ils des nutriments comme le C, H, et O ?

Answer 23

• C : source de carbone pour la synthèse des macromolécules.
• H et O : composants essentiels, par exemple, H2O est indispensable, le pH dépend de la concentration en H+ et O2 est vital mais peut être toxique.
• Facteurs de croissance : acides aminés, vitamines, bases azotées.

Question 24

Comment classifie-t-on les microorganismes selon leurs besoins nutritifs ?

Answer 24

• Source de carbone : Autotrophes (CO2), Hétérotrophes (molécules organiques préformées).
• Source d’énergie : Phototrophes (lumière), Chimiotrophes (oxydation de composés organiques ou inorganiques).
• Source d’électrons : Lithotrophes (molécules inorganiques réduites), Organotrophes (molécules organiques réduites).

Question 25

Quelles sont les sources d’énergie pour les microorganismes ?

Answer 25

Ils utilisent la phototrophie (lumière), la chimioorganotrophie (composé organique réduit à oxydé), et la chimiolithotrophie (composé inorganique réduit à oxydé).

Question 26

Quels sont les 4 principaux types nutritionnels chez les microorganismes ?

Answer 26

1. Photolithoautotrophes : Énergie lumineuse, électrons inorganiques (H2O), CO2 comme source de carbone.
2. Photo-organohétérotrophes : Énergie lumineuse, électrons organiques, source organique de carbone (CO2 peut aussi être utilisé).
3. Chimiolithoautotrophes : Énergie chimique inorganique, électrons inorganiques, CO2 comme source de carbone.
4. Chimio-organohétérotrophes : Énergie chimique organique, électrons organiques, source organique de carbone.

Question 27

Quel est le rôle du carbone dans la nutrition des microorganismes ?

Answer 27

Le carbone est l’unité structurale de base de toutes les molécules organiques. Les autotrophes utilisent le CO2 inorganique, tandis que les hétérotrophes utilisent des molécules organiques préformées comme source de carbone.

Question 28

Pourquoi l’azote est-il essentiel pour les microorganismes ?

Answer 28

L’azote est nécessaire pour la synthèse des acides aminés et des bases azotées, qui sont les composants des protéines et des acides nucléiques. Il est absorbé sous différentes formes inorganiques ou organiques.

Question 29

Comment le phosphore et le soufre sont-ils utilisés par les microorganismes ?

Answer 29

• Le phosphore est un élément clé des acides nucléiques et de l’ATP, généralement absorbé sous forme de phosphate inorganique.
• Le soufre est un composant de certains acides aminés et est principalement absorbé sous forme de H2S.

Question 30

Quelle est l’importance des ions inorganiques pour les microorganismes ?

Answer 30

Les ions inorganiques sont essentiels pour maintenir l’équilibre physicochimique des cellules et sont des constituants des enzymes et des coenzymes.

Question 31

Quels sont les facteurs de croissance nécessaires aux microorganismes ?

Answer 31

Les microorganismes ont besoin de composés organiques tels que les acides aminés, les vitamines et les bases azotées pour croître, que certains peuvent synthétiser eux-mêmes (prototrophes) tandis que d’autres ne le peuvent pas (auxotrophes).

Question 32

Pourquoi l’eau est-elle cruciale pour les microorganismes ?

Answer 32

L’eau est le principal constituant des cellules et sert de solvant dans les réactions biochimiques. Seule l’eau libre est disponible pour les microorganismes et leur activité est mesurée par l’activité de l’eau (Aw).

La plupart des microorganismes exigent une grande quantité d’eau libre pour leur croissance

Question 33

Comment l’oxygène affecte-t-il les microorganismes ?

Answer 33

L’oxygène est vital pour les microorganismes aérobies, il est l’accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire, mais peut être toxique pour les anaérobies en raison de la formation de radicaux libres nocifs.

Question 34

Comment est-ce que l’oxygène affecte les procaryotes?

Answer 34

L’oxygène peut être nécessaire, toléré ou toxique.

Question 35

Comment est-ce que l’oxygène affecte les eucaryotes et les levures?

Answer 35

La majorité du temps, l’oxygène est nécessaire chez les eucaryotes.

Certaines levures peuvent croître en absence d’oxygène, par le processus de la fermentation.

Question 36

Quels sont les cinq types de réponses à l’oxygène chez les bactéries?

Answer 36

1. Aérobie strict
2. Microaérophile
3. Anaérobie strict
4. Anaérobie facultative
5. Anaérobie aérotolérant

Question 37

Décrivez l’importance de l’oxygène chez les bactéries aérobies strictes.

Answer 37

Les bactéries aérobies strictes exigent l’oxygène libre pour se multiplier.

L’oxygène est utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire.

Question 38

Décrivez l’impact de l’oxygène chez les bactéries microaérophiles.

Answer 38

Les bactéries microaérophiles ne se développent qu’en présence d’une faible pression d’oxygène libre, inférieure à celle de l’atmosphère (21%), pression d’oxygène libre de 2 à 10 %.

Question 39

Les bactéries anaérobies strictes ne peuvent se multiplier qu’en absence totale d’oxygène libre. Pourquoi est-ce ainsi et qu’elles autres substances utilisent-elles?

Answer 39

L’oxygène libre doit être absent car il ne peut pas être utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire.

Elles utilisent d’autres substances oxydatrices comme des nitrates, des sulfates ou des carbonates comme accepteur final d’électron.

Question 40

Comment se nomme le processus d’utiliser des nitrates, des sulfates ou des carbones comme accepteur final d’électron?

Answer 40

La respiration anaérobie.

Question 41

Comment se nomme le processus où l’accepteur final d’électron est un composé organique?

Answer 41

La fermentation.

Question 42

Décrivez l’impact de l’oxygène sur les bactéries anaérobies facultatives.

Answer 42

Les bactéries anaérobies facultatives (ou aéro-anaérobies) sont capables de croître en présence ou en absence totale d’oxygène libre. Elles peuvent utiliser soit la respiration aérobie ou la fermentation anaérobie.

Question 43

Quel est l’impact de l’oxygène sur les bactéries anaérobies aérotolérantes.

Answer 43

Elles sont des bactéries anaérobies mais la présence d’oxygène ne les tues pas, elle diminue leur taux de croissance.

Question 44

En présence d’oxygène, la croissance est plus grande chez les bactéries anaérobies facultatives ou aérotolérantes? Expliquez.

Answer 44

Les bactéries anaérobies facultatives vont croître plus que les bactéries aérotolérantes, car elles utilisent l’oxygène pour croître alors que les bactéries aérotolérantes ne l’utilisent pas.

Question 45

La majorité des espèces bactériennes font partie de quel groupe d’exigences en oxygène?

Answer 45

Anaérobie facultative.

Question 46

Pourquoi est-ce que l’oxygène peut être toxique chez certaines espèces de bactérie?

Answer 46

Car la réduction de l’oxygène produit une série de radicaux libres.

Question 47

Qu’elle est la série de radicaux libres toxiques et comment sont-ils produits? (4)

Answer 47

• Anion superoxyde : O2-. (O2 + e-)
• Peroxyde d’hydrogène : H2O2 (O2-. + e- + 2H+)
• Radical hydroxyle : H2O + OH (H2O2 + e- + H+)
• Eau : H2O (OH. + e- + H+)

Question 48

Quelles sont les deux enzymes qui permettent l’accélération du processus de réduction?

Answer 48

La superoxyde dismutase (SOD) et la catalase.

Question 49

Décrivez comment la catalase et la superoxyde dismutase font leur processus de réduction.

Answer 49

1. La SOD fait la dismutation des anions superoxydes en peroxyde d’hydrogène et en O₂
2. La catalase transforme le peroxyde en eau et en oxygène.

Question 50

De quelles manières est-il possible de faire croître les bactéries anaérobies?

Answer 50

1. Utiliser le bouillon au thioglycolate
2. Système “GasPak”
3. Chambre de travail anaérobie

Question 51

Décrivez où est-ce que l’on retrouverait de la croissance bactérienne dans du bouillon nutritif au thioglycolate dans un tube pour chaque type de besoin en oxygène. (5)

Answer 51

1. Aérobie strict : Croissance dans le haut du tube ;
2. Microaérophile : Croissance dans le haut du tube (moins que aérobie strict) ;
3. Anaérobie strict : Croissance dans le fond du tube ;
4. Anaérobie facultative : Croissance dans tout le tube ;
5. Anaérobie aérotolérant : Croissance dans tout le tube ( moins que anaérobie facultative au niveau de la zone oxyde/haut du tube ).

Question 52

Quels sont les facteurs physiques qui peuvent influencer la croissance des microorganismes (3)?

Answer 52

• Le pH (l’acidité)
• La température
• La pression osmotique

Question 53

Comment est-ce que la température affecte la croissance des microorganismes?

Answer 53

Elle vient affecter directement les réactions enzymatiques (le métabolisme) des microorganismes.

Question 54

Que représente les températures minimale, optimale et maximale en ce qui concerne les facteurs physiques influençant la croissance des microorganismes?

Answer 54

• La température minimale représente la température la plus basse à laquelle un microorganisme peut croître ;
• La température optimale représente la température idéale qui permet aux microorganismes d’atteindre un taux de croissance maximal ;
• La température maximale représente la température la plus élevée à laquelle un microorganisme peut croître.

Question 55

Quelles sont les cinq classes de microorganismes selon leur température caractéristique de croissance et quelle est cette température (un écart) caractéristique pour chaque classe ?

Answer 55

1. Psychrophile : < 10 °C
2. Psychrotrophe : 20 - 30 °C
3. Mésophile : 20 - 45 °C
4. Thermophile : 55 - 65 °C
5. Hyperthermophile : 80 - 133 °C

Question 56

À quelle température fait-on la réfrigération et la pasteurisation?

Answer 56

La réfrigération se fait à 4°C et la pasteurisation se fait entre 66 - 71 °C.

Question 57

Comment est-ce que le pH va affecter la croissance des microorganismes?

Answer 57

L’activité enzymatique des microorganismes est directement influencée par le pH : en milieu acide ou en milieu alcalin, les enzymes sont normalement inactivées.

Le pH affecte donc le métabolisme des microorganismes.

Question 58

Que représente les pH minimal, optimal et maximal en ce qui concerne les facteurs physiques influençant la croissance des microorganismes?

Answer 58

• Le pH minimal représente le pH le plus bas auquel un microorganisme peut croître ;
• Le pH optimal représente la valeur de pH idéale qui permet aux microorganismes un taux de croissance maximal ;
• Le pH maximal représente le pH le plus élevé auquel un microorganisme peut croître.

Question 59

Quels sont les trois types de microorganismes selon leur pH optimal et quel est leur écart de pH optimal?

Answer 59

1. Acidophiles : pH entre 0 - 5,5
2. Neutrophiles : pH entre 5,5 - 8,0
3. Alcalophiles : 8,5 - 11,5

Question 60

Quel est le pH (acidité) optimal pour les bactéries et les levures?

Answer 60

Le pH optimal des bactéries est entre 6 - 7;

Le pH optimal des levures est entre 5 - 6.

Question 61

Pourquoi est-ce que les microorganismes sont affectés la concentration osmotique?

Answer 61

À cause de la présence de la membrane plasmique à perméabilité sélective.

Question 62

Qu’arrive-t-il à une bactérie lorsqu’elle est placée dans un milieu hypotonique?

Answer 62

L’eau entre dans la cellule. (Afin de retrouver l’équilibre)

*La paroi oppose une certaine résistance mécanique.

Question 63

Que se passe à une bactérie lorsqu’elle est placée dans un milieu hypertonique?

Answer 63

L’eau quitte la cellule pour aller dans le milieu. (Déshydratation)

Question 64

Quels sont les différents types de microorganismes selon leur réponse à la pression osmotique et décrivez chacun.

Answer 64

1. Osmotolérants : Ces microorganismes tolèrent une pression osmotique élevée.
2. Osmophiles : Ils ont besoin d’une pression osmotique élevée pour croître. (Ils doivent être dans un milieu hypertonique)
3. Halophiles : Ils nécessitent une concentration en NaCl > 0,2 M.

Question 65

À quoi servent les composés osmocompatibles/osmorégulateurs? Nommez en quelques uns.

Answer 65

Ils permettent d’ajuster l’activité de l’eau du cytoplasme sans nuire aux réactions biochimiques des cellules.

Ex.: Glycine, bétaïne, glycérol…