Croissance cellulaire

Question 1

Quel est le processus général de la croissance bactérienne?

Answer 1

C’est lorsqu’une fraction de population bactérienne crée une population. Pour faire augmenter cette population, les cellules doivent se reproduire.

1 cellule mère mène généralement à 2 cellules filles.

Cela se fait par reproduction asexuée.

L’ADN de la cellule mère est le même que celui des cellules filles.

Question 2

Comment expliquer le mécanisme de division cellulaire par fission binaire transverse (scissiparité)?

Answer 2

Il y a synthèse d’un septum transverse qui forme une cloison. Ce septum est transversal à l’axe longitudinal (pour les bacilles) et est comme une équateur pour les cocci. Les deux cellules filles sont identiques à la cellule mère.

C’est la croissance d’une cellule mère qui résulte en la formation d’un septum et de la division de cette cellule en 2.

Question 3

Quel est le mécanisme de division cellulaire le plus fréquent? Chez quels organismes est-il présent?

Answer 3

C’est le mécanisme de division par scissiparité.

Il se retrouve chez Escherichia coli, Bacillus subtilis et Enterococcus faecalis.

Question 4

Comment expliquer le mécanisme de division cellulaire par bourgeonnement? Chez quels organismes ce type de division est-il présent?

Answer 4

C’est une extrémité de la cellule qui commence à gonfler pour grandir jusqu’à atteindre la taille de la cellule mère. Ensuite, il y a la formation d’un septum.

Un bourgeonnement peut aussi être fait avec une structure spécialisée.

Il est présent chez les organismes suivants : rhodopseudomonas acidophila et hyphomicrobium vulgare.

Question 5

Expliquez le type de division cellulaire par fragmentation d’hyphes. Chez quels organismes ce type de division est-il présent?

Answer 5

Suite à ce type de division cellulaire, la cellule mère n’est plus présente. Ce type de division est effectué chez les cellules de type filamenteuse qui forment plusieurs cellules. Par exemple, chez Nocardia.

Le principe est qu’une cellule va grandir jusqu’attend que celle-ci se fragmente. Ce type de division donne naissance à plus que deux cellules filles.

Question 6

Quel type de division cellulaire donne naissance à plus de deux cellules filles?

Answer 6

La fragmentation d’hyphes.

Question 7

Expliquez le type de division cellulaire par formation d’exospores. Quels types d’organimes l’utilisent?

Answer 7

Ce sont des hyphes au bout desquels vont se former des exospores à l’extrémité. La cellule mère reste après ce type de division. Les exospores libérés par la cellule mère vont être en mesure de former d’autres cellules lorsque les conditions seront propices à la croissance. Il y a augmentation de la population.

Cela se fait chez les streptomyces.

Question 8

Quelle est l’étape préliminaire à la formation du septum?

Answer 8

C’est la duplication du chromosome.

Question 9

Qu’est-ce qu’il arrive sur la formation du septum si la duplication du matériel génétique est bloquée?

Answer 9

Si on bloque la duplication du matériel, il y a inhibition du septum pour s’assurer que les cellules filles aillent tout le matériel génétique nécessaire.

Question 10

Quelles sont les 4 étapes de la formation du septum? Quand est-ce que ça commence?

Answer 10

Lorsque le matériel génétique est dupliqué, la formation du septum peut commencer.

1. Invagination de la membrane vers l’intérieur exactement à l’équateur de la cellule.
2. Croissance du peptidoglycane dans l’invagination de la membrane. Cela assure la résistance égale des cellules filles.
3. Cloisonnement des cytoplasmes. À partir de cette étape, les deux cellules sont indépendantes. Leur cytoplasme est complètement séparé.
4. Séparation des 2 cellules filles. La terminaison de la synthèse de nouvelle paroi au septum. La paroi cellulaire est complètement synthétisée.

Question 11

Quelle a été la première hypothèse par rapport à la question suivante : comment s’effectue la ségrégation des chromosomes dans les cellules filles?

Answer 11

La première hypothèse suggérait une implication des mésosomes. Puisqu’il y a absence d’appareil mitotique chez les procaryotes, on pensait que les mésosomes avaient un rôle important à jouer.
–
Ils sont le site d’attachement des chromosomes et il y a croissance de la membrane cytoplasmique entre les mésosomes.

Question 12

Quelle a été la deuxième hypothèse par rapport à la question suivante : comment s’effectue la ségrégation des chromosomes dans les cellules filles?

Answer 12

Cette hypothèse concerne l’approche moléculaire.

Premièrement, les protéines ParA et ParB ont été identifiées comme protéines importantes dans la ségrégation des chromosomes. Elles permettent le partage des chromosomes entre les deux cellules filles.

Ces protéines permettent la migration des chromosomes vers différents pôles cellulaires pour les séparer.

ParA et ParB interagissent avec ParS qui est près de oriC.

Il y a aussi la protéine MreB qui joue un rôle important. C’est une protéine apparentée au cytosquelette procaryote. Elle est assemblée en spirale ce qui permet le déplacement des chromosomes. Elle interagit avec ParA, ParB et oriC.

Question 13

Quelle pourrait être la conséquence d’une mutation dans ParA ou ParB?

Answer 13

Il y aurait un problème par rapport au matériel génétique transmis aux cellules filles, car il ne serait pas bien partagé entre les cellules filles.

Question 14

De quoi est constitué l’appareil mitotique procaryote?

Answer 14

De ParA, ParB et MreB

Question 15

Comment expliquer le rôle de ftsZ dans la formation du septum?

Answer 15

Cette protéine forme des anneaux concentriques. Ceux-ci permettent de créer un échafaudage au site de formation du septum. Ce sont ces anneaux concentriques qui permettent la séparation des deux cellules.

Cette protéine induit l’invagination de la membrane.

Question 16

Que se passe-t-il si ftsZ est mutant?

Answer 16

Si FtsZ est mutant, il y aura la formation de longues cellules filamenteuses à température non-permissive.

Il n’y aura pas de problème au niveau de la duplication ainsi qu’au niveau du partage des chromosomes. Par contre, les cellules ne se diviseront plus. On va se retrouver avec de longues cellules contenant plusieurs copies du même chromosome.

Question 17

Comment la cellule localise le site de formation du septum ?

Answer 17

Grâce aux gènes min qui sont présents chez les Gram + comme chez les Gram -.

Les protéines Min C et Min D inhibent l’assemblage de FtsZ ailleurs qu’à l’équateur de la cellule.

En effet, Min C et Min D travaillent de concert et forment des structures en forme d’hélice et il y aura oscillation très rapide d’un pole à l’autre de ces protéines.

Le seul endroit qu’on retrouve des concentrations minimales de ces protéines c’est au centre de la cellule ce qui permet à FtsZ de se polymériser et donc de former le septum seulement au centre de la cellule.

Question 18

Que se passe-t-il si les gènes min sont mutés?

Answer 18

Il y a formation de mutants minicell.

En effet, si les protéines Min C et Min D sont mutantes, elles ne vont plus inhiber la formation du septum dans la cellule. Le septum va donc pourvoir se former n’importe où.

Cela va mener à la formation de mini cellules. Elles ne possèdent pas de matériel génétique et ne peuvent pas se dupliquer. Cela va aussi mener à la formation de plus grandes cellules qui vont avoir deux copies du même chromosome puisque la cellule n’aura pas été scindée à la bonne place.

Question 19

Comment caractériser la croissance d’une population bactérienne?

Answer 19

C’est une croissance exponentielle.

Question 20

Quels sont les aspects mathématiques de la croissance bactérienne?

Answer 20

N=N0 x 2^n

N = population finale
N0 = population initiale
n = nombre de générations

Si nous avons la mesure de N et de N0, il est possible de calculer le n avec la formule suivante
n = 3,3(log10N - log10N0)

Question 21

Qu’est-ce que le temps de génération? Comment le calculer?

Answer 21

C’est le temps nécessaire pour que la population cible double.

g = (T2 - T1)/n donc g = (T2 - T1)/3,3(log10N - log10N0)

où T2-T1 représente un intervalle de temps.

Question 22

Le temps de génération varie en fonction de quoi?

Answer 22

En fonction de la richesse du milieu. Un milieu riche diminue le temps de génération tandis qu’un milieu pauvre va l’augmenter.

Question 23

Vrai ou faux? On ne peut pas déterminer graphiquement le temps de génération.

Answer 23

Faux. On peut.

Question 24

Vrai ou faux? On peut seulement calculer le temps de génération pour les cellules à fission binaire.

Answer 24

Vrai.

Question 25

Pourquoi un milieu riche a tendance à abaisser le temps de génération?

Answer 25

Puisqu’on fournit tous les éléments dont la cellule peut avoir de besoin, celles-ci n’a pas besoin de les synthétiser pour elle-même.

Question 26

Qu’est-ce que le taux de croissance? Comment peut-on le calculer? Qu’est-ce que cela permet?

Answer 26

Le taux de croissance (k) ou la constante de vitesse de croissance moyenne est l’inverse du temps de génération.

k = 1/g = 3.3 (log10 N2- log10 N1)/(T2 - T1) générations/ heure

On fixe un temps par exemple une heure et on regarde le taux de croissance durant cet intervalle de temps. C’est le nombre de générations selon l’intervalle de temps.

Le taux de croissance permet de comparer des milieux ainsi que la croissance en chémostat

Question 27

Quelles sont les quatre phases dans la croissance bactérienne?

Answer 27

La phase de latence, la phase exponentielle de croissance, la phase stationnaire et la phase de mortalité/déclin.

Question 28

La croissance bactérienne in vitro est-elle infinie?

Answer 28

Non. Elle est contrôlée

Question 29

Comment caractériser la phase de latence dans la croissance bactérienne?

Answer 29

Durant cette phase, il y a une activité physiologique élevée. Il y a adaptation des cellules au milieu. Au début, il n’y a pas d’augmentation de la population —. Les cellules doivent prendre de temps de s’adapter au milieu en synthétisant les composantes manquantes. Une fois ces composantes synthétisées, les cellules commencent à se diviser. On peut apercevoir un début de croissance sur le graphique.

Les divisions cellulaires sont non-synchronisées, c’est pourquoi c’est une courbe au lieu d’une droite. Elles commencent à se diviser lorsqu’elles sont prêtes selon plusieurs facteurs (âge, état physiologique, milieu).

Question 30

Comment expliquer la phase exponentielle de croissance bactérienne ?

Answer 30

C’est une droite positive dans le graphique. Il y a augmentation constante de la population.

Le temps de génération est constant et minimal et on peut déterminer g ou k.
—
Toutes les cellules sont identiques et le métabolisme est au maximum.

Il n’y a pas de restriction des nutriments, mais elle ne dure pas longtemps puisque les nutriments vont finir par s’épuiser.

Question 31

Comment caractériser la phase stationnaire de croissance bactérienne?

Answer 31

Il y a ralentissement de la croissance. La population a atteint sa densité maximale qui est de 5-15 x 10^9cellules/ml.
—
Cette population est constante. Il y a autant de cellules qui meurent qui se divisent. Les éléments nutritifs se raréfient et la concentration de substances toxiques (déchets) augmente.

Les cellules ont des tailles et des compositions des cellules qui diffèrent (population hétérogène). Les cellules bactériennes commencent à former des endospores puisque les conditions deviennent moins propices à la croissance.

Cette phase est d’une durée variable en fonction de l’espèce bactérienne ainsi que du milieu de culture dans lequel il y a eu ensemencement.

Question 32

Quel est l’effet de l’acide lactique sur la courbe de croissance bactérienne?

Answer 32

Dans la phase stationnaire, la concentration en déchets métaboliques commence à être plus importante. L’acide lactique est un acide qui rend le milieu de culture plus acide et donc moins propice à la croissance. Il va donc y avoir une diminution de la population bactérienne et la formation d’endospores.

Question 33

Comment expliquer la phase de mortalité/déclin dans la croissance cellulaire?

Answer 33

On peut observer une chute constante de la population

Il y a absence de division cellulaire (controversé)

Il y a disparition des éléments nutritifs et la concentration maximale de déchets métaboliques.

Durée variable selon les espèces. Par exemple : Neisseria gonorrhoeae: 72 hrs et Escherichia coli: 60 jours et +

Il existe aussi le terme de phase stationnaire à long terme qui est controversée. Si après soixante jours il y a encore de la population de E. coli, c’est parce qu’il y a quelques cellules qui ont survécues.

Question 34

La courbe de croissance est valable pour quel type de croissance?

Answer 34

La croissance in vitro (en vase clos avec un volume fixe).

Question 35

Comment imiter la croissance en nature de bactéries?

Answer 35

Grâce au chémostat.

Question 36

Quel est le principe de culture avec un chémostat?

Answer 36

C’est une culture en vase non clos. On fait la culture dans un réacteur qui contient un volume fixe. Dans le réacteur il y a un ajout constant de milieu frais et l’élimination du milieu épuisé. Il y a le contrôle du pH, de la température, de l’agitation ainsi que du gaz.

Il faut absolument que toutes les composantes soient stériles.

Question 37

Quel est le paramètre le plus important à contrôler dans un chemostat?

Answer 37

Le taux de dilution.

Question 38

Qu’est-ce que le taux de dilution?

Answer 38

C’est le contrôle du débit d’arrivée du milieu. Ça dicte la vitesse d’arrivée du milieu de culture ainsi que la vitesse de croissance des bactéries.

Le taux de dilution correspond au volume ajouté/volume total/heures.

Par exemple : 100mL/heure dans un réacteur de 1 litre = taux de dilution = 0,1h^-1

Question 39

Comment faire varier le taux de croissance des cellules dans le chemostat?

Answer 39

Il est possible de contrôler le taux de croissance par le taux de dilution.

Si on fait varier le taux de dilution, on va faire varier la pente de la phase exponentielle.

Question 40

Comment le taux de dilution peut influencer le taux de croissance?

Answer 40

Pour des conditions optimales, il faut que le taux de dilution soit égal au taux de croissance.

Si le taux de dilution est plus petit que le taux de croissance, cela crée des conditions limitantes.

Si le taux de dilution est plus grand que le taux de croissance, la population bactérienne sera tout simplement éliminée. Il y aura lavage de la population bactérienne (comme le lavage des nutriments).

Question 41

Quelles conditions imitent les conditions de la nature?

Answer 41

Des conditions limitantes, le taux de dilution plus petit que le taux de croissance bactérienne.

Question 42

Quelles sont les trois approches principales pour mesurer la croissance bactérienne?

Answer 42

L’énumération bactérienne

La quantification de la masse cellulaire de la population

La quantification d’une activité ou d’un constituant cellulaire

Question 43

Quelles sont les différentes méthodes d’énumération cellulaire?

Answer 43

La chambre de Petroff-Hausser.

L’énumération électronique

L’énumération des unités viables.

Les méthodes turbidimétriques

Les méthodes moléculaires

Question 44

Expliquez la méthode de l’énumération cellulaire de la chambre de Petroff-Hausser. Quelles sont les avantages et les limites de cette technique?

Answer 44

C’est de compter des cellules dans un volume prédéterminé. Il est possible de compter à l’oeil nu.

Il y a une grille qui contient les organismes bactériens. Cette grille continent 25 carreaux d’une aire de 1mm carré avec une hauteur de 0,02mm. Le volume est donc de 0,02mm cubes. Il faut donc multiplié le résultat obtenu par 0,02mm cubes pour obtenir une quantité de cellule par mm cubes.

Avantages : rapide et requiert un minimum d’équipement

Limites : On ne peut pas savoir si les organismes sont viables ou non. De plus, on peut seulement évaluer des population entre 10^7 et 10^8/mL.

Question 45

Comment peut-on expliquer la technique d’énumération électronique?

Answer 45

On utilise de la cytométrie en flux avec un débit contrôlé. On fait passer un volume précis de notre échantillon devant un détecteur laser et on énumère le nombre de corps bactériens qui ont passés devant le laser.

On peut aussi utiliser le FACS (fluorescence activated cell sorter) avec des fluorochromes vitaux pour trier des cellules vivantes et mortes ou simplement des fluorochromes normaux pour trier un type cellulaire. On peut aussi isoler les cellules d’intérêt pour pouvoir les utiliser.

Question 46

Quels sont les avantages de l’énumération électronique?

Answer 46

C’est rapide

Question 47

Quelles sont les limites de l’énumération électronique? Quelle est une solution à ces limites?

Answer 47

Le coût est proche de 50 000$ et la sensibilité de cette technique est limité à la taille des bactéries.

Il faut un système d’entretien, sinon l’appareil ne fonctionnera plus.

La taille des bactéries est la limite de la détection de cette technique.

Il est possible d’utiliser des billes témoin de la même grosseur que les organismes d’intérêt avec des concentrations connues et de les faire passer dans un FACS. La concentration étant connue, on va voir si la détection est correcte et si cette méthode pourra détecter nos organismes d’intérêts.

Question 48

Qu’est-ce que l’énumération électronique peut nous permettre de faire concrètement dans le monde?

Answer 48

La détection de spores dans l’air et la caractérisation des population hétérogènes. Cela permet de prévenir les attaques bio-terroristes.

Question 49

Comment expliquer le principe de l’énumération des unités viables? Quels sont les avantages et les désavantages de cette technique?

Answer 49

C’est d’effectuer des dilutions séquentielles et ensuite d’effectuer un étalement. L’étalement peut se faire en surface ou en profondeur.

Avantages : économique ce sont obligatoirement des organimes viables, on peut observer des populations diluées ou très diluée (filtration)

Désavantages : il faut avoir entre 30 et 300 colonies par pétri sinon les résultats ne seront pas significatif. Si les résultats ne sont pas dans cet intervalle, il peut y avoir sous-estimation ou superposition des organismes. Les UFC en sont pas nécessairement des cellules.

Question 50

Quelle est l’approche d’énumération cellulaire la plus fréquemment utilisée?

Answer 50

L’énumération des unités viables.

Question 51

Que sont les UFCs? Quel est le désavantage relié aux UFCs?

Answer 51

Ce sont les unités formatrices de colonies qui ne sont pas nécessairement des cellules. Les UFCs ne représentent pas la population totale. La polyvalence du milieu fait en sorte que moins de 1% des espèces sont cultivables.

Question 52

Comment expliquer le principe des méthodes turbidimétriques?

Answer 52

Les corps bactériens forment des troubles dans le milieu de culture liquide. Ces troubles absorbent et dispersent la lumière. L’absorption peut être mesurée par un spectrophotomètre. Plus la population est élevée, plus de lumière sera absorbée.

Question 53

Quels sont les avantages et les désavantages des méthodes turbidimétriques?

Answer 53

Avantages : rapide et l’appareil peut être utilisé à d’autres fins.

Désavantages : il n’est pas possible de savoir si les cellules sont vivantes, il faut que les conditions soient standardisées avec une courbe étalon qui a été réalisée dans les même conditions pour avoir une idée de la population. Il est aussi seulement possible de caractériser des populations entre10^7 et 10^8 UFC/mL

Question 54

Vrai ou faux? Les méthodes turbidimétriques sont utilisées de façon routinière en laboratoire.

Answer 54

Vrai.

Question 55

Quel est le principe des méthodes moléculaires?

Answer 55

C’est l’extraction de l’ADN total et amplification enzymatique d’une séquence spécifique de l’organisme d’intérêt. Des réactions PCR sont faites pour augmenter le nombre de copies de la séquence d’intérêt.

Question 56

Quels sont les avantages et les désavantages des méthodes moléculaires?

Answer 56

Avantages : rapide, quantification d’organismes non cultivables et quantification simultanée de plusieurs organismes avec différents fluorochromes.

Inconvénients : appareil couteux, on n’est pas toujours certain de ce qui est amplifié, la spécificité des séquences doit être mise au point ce qui peut prendre beaucoup de temps, on ne sait pas si les segments d’ADN amplifiés proviennent d’une cellule vivante ou si c’est de l’ADN qui a été libéré dans le milieu.

Question 57

Comment expliquer le principe de détermination du poids sec? Quel est le désavantage principal?

Answer 57

On mesure la masse d’une population en effectuant une filtration et un séchage entre 100-150 degrés. Le séchage doit absolument être complet, car 1 microlitre d’eau équivaut au poids de 10^9 cellules. On doit comparer les données avec une courbe étalon établie préalablement.

Le désavantage est qu’on ne peut pas s’assurer que toutes les cellules sont en vie parce que même si une cellule meurt, elle a quand même une masse.

Question 58

Pourquoi la courbe de croissance bactérienne est différente lorsqu’on utilise le poids sec par rapport au UFC/ml?

Answer 58

On ne peut pas voir la perte de viabilité dans la technique avec poids sec. En effet, même les cellules mortes ont un poids.

Question 59

La méthode de détermination du poids sec est la méthode de choix pour quels types d’organismes?

Answer 59

Pour les bactéries agrégées ou formant des hyphes (mycobacterium, streptomyces et les mycètes) ainsi que pour les population à densité élevée.

Question 60

Expliquez la technique de quantification d’une activité ou d’un constituant cellulaire?

Answer 60

On mesure un composé chimique représentatif de la population. On va ensuite faire une correspondance avec la population totale.

Le composé représentatif peut être : azote, peptidoglycane, ADN, ATP ou produits finaux de la fermentation. Le composé représentatif représente l’organisme d’intérêt, car c’est seulement lui qui aura ces caractéristiques.

C’est une application spécialisée.

Question 61

Comment choisir une méthode de mesure de croissance bactérienne? Est-ce qu’il y a une méthode meilleure que les autres?

Answer 61

Aucune méthode n’est universelle. Le choix de la méthode dépend vraiment de ce qu’on veut faire.

Les plus fréquentes sont les unités viables et les méthodes turbidimétriques. Pour les cellules en croissance on préfère utiliser les techniques moléculaires.