Nutrition et culture des cellules bactériennes Flashcards
Quelles sont les deux catégories de nutriments essentiels?
Macroéléments (majeurs)
Oligoéléments (mineurs)
Quels sont les 12 macroéléments essentiels?
- CHONPS (95% de la masse sèche)
- K
- principal cation inorganique
- cofacteur d’enzyme
- rôle dans synthèse protéique - Mg
- cofacteur d’enzymes essentielles
- rôle dans photosynthèse car présent dans chlorophylle
- s’assurer que membrane cyto est fonctionnelle - Ca
- cofacteur d’enzymes (protéases qui dégradent prots)
- dipicolinate de Ca = dans ensodospore - Fe
- dans cytochromes et autres prots dans bioénergétique - Na
- transport membranaire - Cl
- principal anion inorganique
Très grande quantité: 1mM
Que se passe-t-il si l’un des macroélément est absent?
Pas de croissance.
Quels sont les 8 oligoéléments?
- Zn
- polymérases (copie de l’ADN), déshydrogénase (équilibre redox dans cellule) - Mn
- SOD (transforme forme toxique de l’oxygène)
- photosystème II des cyanobactéries - Mo (molybdène)
- molécules de nitrogénase (transforment N2 pour qu’il soit assimilable) - Se
- synthèse a.a. sérine et cystéine - Co
- synthèse a.a. glutamate et vitamine B12 - Cu
- SOD
- rx bioénergétiques - Ni
- déshydrogénase - W (tungstène)
- déshydrogénase
Besoins en concentrations suffisantes dans l’eau utilisée pour le milieu de culture.
Sous quelles formes sont assimilés ces éléments?
- Sels inorganiques
- exceptions: CHONS - C,H,O dans matière organique et H2O
- exception: autotrophes qui transforment le CO2 de l’environnement en matière organique à partir du cycle de Calvin-Benson - N dans NH3
- exception: bactéries fixatrices d’azote (qui prennent azote de l’environnement) et autres (qui prennent l’azote du groupement amine d’a.a) - S dans sulfate (SO4 -2) ou thiosulfate (S2O3 -2)
- quelques exceptions (archées utilisant H2S ou autres bactéries qui utilisent soufre d’a.a comme cys et mét)
En quoi sont transformés les éléments nutritifs?
- Matériel cellulaire
2. Énergie
Quelle est la composition moléculaire des bactéries?
Eau: 70%
Poids sec (30%)
- Macromolécules
- Prots: 60%
- Polysaccharides: 5%
- Lipides: 9%
- ADN: 3%
- ARN: 19% - Simples (pas transformés)
- Sels, intermédiaires métaboliques, etc.: 4%
DONC la cellule transforme efficacement nutriments, puisqu’il ne reste que 4% de molécules simples.
Qu’est-ce que le métabolisme?
Ensemble de réactions biochimiques cellulaires qui rassemble le catabolisme et l’anabolisme, afin de fournir l’énergie nécessaire aux activités cellulaires.
Qu’est-ce que le catabolisme?
Transformation de nutriments en énergie (ATP, NADH, NADPH) et précurseurs (métabolites intermédiaires).
Unité de la biochimie.
Qu’est-ce que l’anabolisme?
Utilisation des intermédiaires et de l’énergie produite par catabolisme pour, entre autres, construire du matériel cellulaire.
Quelles sont les 4 utilisations principales de l’énergie produite par catabolisme?
- Biosynthèse et polymérisation
Anabolisme. Utilisation de précurseurs pour construction de macromolécules et structures cellulaires. Augmenter masse cellulaire pour produire ensuite cellules filles. - Transport actif
Concentrer nutriments à l’intérieur de la cellule ou des déchets à l’extérieur (à l’encontre du gradient de concentration) - Motilité
Déplacement vers nutriments ou s’éloigner des répulsifs en utilisant le flagelle - Maintien de la balance osmotique
Ions K+ (int > ext) et H+ (int < ext)
Sur quoi se base la classification selon les types throphiques?
Sources d’énergie
Sources de carbone
Quels sont les 2 types trophiques selon les sources d’énergie et selon les sources de carbone?
Selon source d’énergie
- Phototrophes (E = lum)
- Chimiotrophes (E = chimique, réactions) comme thiobacillus
Selon source de carbone
- Autotrophes (CO2, par le cycle de Calvin-Benson)
- Hétérotrophes/organotrophes (utilise matière organique de d’autres substances)
Quels sont les 4 sous-groupes de types trophiques?
Autotrophes
- Photoautotrophes (C = CO2 et E = lum) comme cyanobactéries
- Chimioautotrophes (C = CO2 et E = rx chimiques) comme thiobacillus, dans environnements exclusivement minéraux
Hétérotrophes
- Photohétérotrophes (C = matière organique simple et E = lum) comme bactéries vertes photosynthétiques
- Chimiohétérotrophes (C = matière organique simple et E = rx chimiques).
La grande majorité sont des chimiohétérotrophes.
Quels sont les deux facteurs déterminant la capacité de croître en présence d’oxygène?
Le métabolisme énergétique et la neutralisation des formes toxiques de l’O2.
Expliquer le rôle du métabolisme énergétique dans les organismes aéorobies.
Dans la respiration aérobie, l’étape de la phosphorylation oxydative (synthèse d’énergie soit d’ATP, NADH et NADPH) demande un accepteur final d’électrons qui est l’oxygène.
Classer les organismes selon leur croissance en présence d’oxygène.
- Aérobies strictes
- Besoin essentiel d’O2
- Respiration aérobie - Anaérobies strictes
- Pas de croissance en présence d’O2
- Font de la fermentation (accepteur final d’électrons pour synthèse d’énergie est le produit final de la fermentation)
- Ne peuvent pas éliminer formes toxiques d’O2 - Anaérobies facultatives
- Peu importe si O2 ou non
- Respiration OU fermentation: utilise le métabolisme énergétique le plus rentable selon la situation
- Respiration plus rentable quand O2 est présent
- Ont des SOD, catalase, peroxidase fonctionnelles - Aérotolérantes
- Peu importe si O2 ou non
- Fermentation exclusivement, mais tolèrent oxygène
- Ont des SOD, catalase et peroxidase fonctionnelles - Microaérophiles
- Croissance exclusivement avec faibles [O2] (2 à 10%)
- Respiration aérobie, mais ont une ou quelques activités enzymatiques sensibles à l’oxygène
Expliquer pourquoi les anaérobies strictes ne peuvent pas éliminer les formes toxiques d’oxygène.
Ont des SOD, catalase ou peroxidase absentes ou +/- fonctionnelles.
- Les SOD (superoxyde dismutase) transforment O2- en O2 et peroxyde.
- La catalase transforme le peroxyde en eau et O2.
- La peroxidase transforme le peroxyde en eau.
ATTENTION
Même les aérobies strictes ne doivent pas excéder 20% d’O2 sinon elles ne pourront plus transformer O2-
Classer bactéries selon leur température de croissance favorable.
- Psychrophiles
- Croissance entre 0-20 degrés
- Optimal: 10 à 15 degrés
- Survivent jusqu’à -20 degrés
- Océans (profondeurs), glace, neige, lunes - Psychotrophes
- Optimal: 20 à 30
- Croissance lente jusqu’à 0 degré - Mésophiles
- Optimal entre 20 et 45
- Pathogènes humains (temp. de 37) et aviaires (temp. de 42) - Thermophiles
- Optimal: 50 et 60
- Survivent entre 45 et 85
- Dans sources chaudes ou fumier - Thermophiles extrêmes
- Mort en dessous de 80
- Besoin de>85
- Dans cheminées hydrothermales dans l’océan
Décrire le rôle des températures dans les milieux de culture.
- Stérilisation
- Essentiel d’avoir absence de m-o - Croissance
L’objectif est de faire croître des populations avec leurs températures optimales.
Quels sont les 2 types de culture?
- Pure
- Un seul type de m-o
- Tous les mêmes caractéristiques
- Reproduction asexuée (pas de mélange de gènes), donc les cellules filles ont le même bagage génétique - Mixte
- Plusieurs m-o volontairement
- On observe leurs interactions ensemble comme inhibition, compétition, synergisme
Quelles sont les caractéristiques d’un milieu de culture?
- Tous les éléments nutritifs en quantités et qualités suffisantes
- sources de carbone et d’énergie
- facteurs de croissance (éléments pour biosynthèse de macromolécules, précurseurs ne pouvant pas être synthétisés comme vitamines et certains a.a) - Peut être solide ou liquide
Quels sont les agents gélifiants possibles pour les milieux solides?
- Agar
- solubilisation à 100 degrés et devient un gel (gélification) à 45 degrés
- majorité des m-o ne peuvent pas le dégrader, mais certaines oui - Gel de silice
- certaines bactéries dégradant l’agar, mais gel de silice ne peut pas être utilisé comme nutriment
Qu’est-ce que la stérilisation et pourquoi est-elle importante?
La stérilisation est l’élimination de l’entièreté des m-o viables incluant les endospores.
C’est un pré-requis à la culture, pour ne pas avoir de contamination et brouiller l’interprétation des résultats.
Médecine: infections dans les chirurgies, etc.
Quels sont les moyens de stérilisation?
- Par la chaleur
- sèche
- humide - Radiations ionisantes
- par gamma
- par UV - Filtration
- Substances chimiques
Expliquer la méthode de stérilisation par la chaleur et ses deux types.
L’efficacité dépend de :
- Température
- Durée
- Humidité
- Nombre et état des m-o (endospores/cellules végétatives)
On utilise souvent: flamme de 1275 degrés appelée Bec Bunsen
Pour: instrument fil à boucles + création d’un champ stérile idéal pour manipulations stériles à proximité
- Chaleur sèche
- Pas d’humidité
- On utilise: four à air chaud, 160 à 170 degrés pendant 2-3 heures
- Idéal pour: verrerie, objets de métal, etc. - Chaleur humide
- Chaleur est plus pénétrante
- On utilise: autoclave avec vapeur d’eau, 121 degrés avec pression de 1kg/cm2 pendant environ 15min
- Tue même endospores les plus résistantes
- Idéal pour: liquides thermorésistants
Expliquer la méthode de stérilisation par radiations ionisantes.
Deux types.
- Avec rayons gamma
- Rayons sont pénétrants, alors on doit utiliser des parois couvertes de plomb pour empêcher les rayons de sortir
- Tue m-o en créant des dommages à l’ADN
- Ne peut pas être utilisée pour tout, car certains facteurs de croissance peuvent être altérés
- Idéal pour: objets à usage unique (pétris, pipettes…) et plastiques thermosensibles - Avec rayons UV
- Non pénétrants
- Pour: stériliser surfaces (enceintes stériles) ou usines de traitement d’eau (dans ce cas, on ne stérilise pas, on abaisse populations)
Expliquer la méthode de stérilisation par filtration.
Utilisation de filtres de nitrocellulose et d’une pompe à vide (gravité n’est pas suffisante)
- Porosité de 0.22 à 0.45 microns, donc rétention des bactéries
- Virus passent, mais ne se répliquent pas, car n’ont pas de cellules hôtes
- Idéal pour: liquides thermosensibles (antibiotiques, etc.)
Expliquer la méthode de stérilisation par substances chimiques.
Utilisation de gaz stérilisants (ozone, oxyde d’éthylène),
- explosifs/toxiques donc installation d’enceintes hermétiques
- idéal pour: instruments chirurgicaux que la température élevée déformerait, matériel électronique, etc.
Quelles sont les différences entres les milieux de culture liquide et solide?
Même composition nutritionnelle.
- Liquide
- cultures en bouteilles, tubes ou fermenteurs (fermenteurs = volumes extrêmements élevés)
- milieu devient trouble avec croissance de m-o
- tubes fermés pour empêcher contamination - Solide (gélosé)
- plat de Petri: permet échanges gazeux, protège contre environnement et création d’une séparation physique entre milieu et culture
Quel est la conséquence d’un agent gélifiant qui se fait dégrader par les m-o qu’il contient?
Il devient liquide (perd sa capacité de gélification).
Qu’est-ce que l’enrichissement d’un milieu de culture et de quoi doit-il tenir compte?
L’enrichissement est l’augmentation de la proportion d’un m-o d’intérêt.
Doit tenir compte de:
- la proportion du m-o
- sa vitesse de croissance
- ses caractéristiques spécifiques, discriminantes
Quel est le type de culture majoritaire dans la nature? Donner un exemple.
Mixte. Énorme variété dans la nature.
Par exemple, environnement bucal: 700 espèces microbiennes
Quelles sont les méthodes d’enrichissement d’un milieu de culture? Expliquer.
Méthodes chimiques
- utilisation de nutriments/sources d’énergie qui favorisent le m-o d’intérêt
- p.ex: source de carbone de cellulose ou de CO2 (autotrophes), sources d’azote (enlever toute source d’azote, seuls les m-o fixateurs d’azote survivent) ou milieux oligotrophes (pauvres en nutriments) comme pour caulobacter - substances inhibitrices (certains colorants inhibent croissance de certains m-o). ex: violet de cristal inhibe les gram+
Méthodes physiques
- utilisation de chaleur (80 degrés pendant 10min = favorise cellules produisant endospores et élimine cellules végétatives)
- utilisation de dessication (élimination de l’eau) = favorise espèces résistantes aux agents dessicants
- utilisation des températures d’incubation pour favoriser psychotrophes, thermophiles, etc.
- utilisation de la taille cellulaire
- on filtre et vu leur taille très fine, on les récupère dans le filtrat
- membrane filtre de 0.22 microns
Méthodes biologiques
- pathogénicité
- infection expérimentale chez certains animaux pour multiplier m-o dans leurs tissus
- septicémie: seulement quelques bactéries sont capables de passer dans le sang
- même chose pour liquide céphalorachidien - symbiose
- on insère les m-o dans plantes, par exemple, qui bénéficient l’un de l’autre
Différencier l’enrichissement et milieu pur.
L’enrichissement vise à augmenter la proportion d’un certain m-o, tandis qu’un milieu pur cherche à éliminer tous les autres m-o.
De quoi est composé le milieu MacConkey?
Milieu utilisé pour l’isolement des bactéries intestinales.
Cristal violet: élimine gram-pos
Lactose: favoriser les lac+
Rouge: colore les lac+
Sels biliaires: élimine bactéries non-entériques (pas intestinales)
Quelles sont les méthodes pour obtenir une culture pure?
- Striation sur milieu gélosé
- utilisation d’un fil à boucle
- stériliser instrument dans flamme bec bunsen
- faire une série de stries pour faire un épuisement quantitatif de la population
- stériliser encore
- prendre le bout de la dernière strie et refaire des stries avec ça
- limite de cette méthode: il est possible que l’on perde le m-o d’intérêt dans les 1ères stries s’il est en faible proportion - Dilutions séquentielle en milieu liquide suivie d’un étalement
- prendre 1mL pour diluer dans 9 mL d’eau et répéter plusieurs fois
- soit en surface ou en profondeur
- avantage: quantification, puisqu’on connaît volume qu’on a mis
- limite: si le m-o d’intérêt est de proportion faible, alors elles vont être noyées parmi les autres + parfois ils sont thermosensibles (dilution en profondeur, gélose de surface à 45degrés) - Acheter
- acheter dans une banque d’organismes
Est-ce qu’une colonie est une culture pure?
Parfois, cela dépend de la complexité de l’échantillon.
Qu’est-ce qu’un biofilm?
Forme de croissance.
- peuvent se calcifier et devenir la roche
- forme de vie prédominante pendant une grande période sur Terre
Populations microbiennes enrobées d’une matrice de polymères extracellulaires dans laquelle les cellules adhèrent soit les unes aux autres où à une surface .
Sur quels types de surfaces un biofilm peut-il se former?
- Surfaces
- inorganiques (minérales, plastiques…)
- organiques (cellules vivantes ou mortes) - Flocs (agrégats microbiens)
- les unes aux autres
- libres, en suspension
Quels sont les avantages du biofilm?
- Plus d’accès à certains nutriments
- Création d’un microenvironnement favorisant la croissance et protégeant les m-o
Quelles sont les précautions à prendre lors d’une préparation d’une culture pure?
Observation des caractères culturaux
- pour s’assurer qu’on a toujours le même organisme
- MAIS les caractéristiques doivent avoir été déterminées par rapport au même milieu que celui qu’on utilise et sur des colonies isolées
Quelles sont les précautions à prendre lors d’une préparation d’une culture pure?
Observation des caractères culturaux.
- pour s’assurer qu’on a toujours le même organisme
- MAIS les caractéristiques doivent avoir été déterminées par rapport au même milieu que celui qu’on utilise et sur des colonies isolées
Quels sont des exemples de caractères culturaux?
- Taille
- Marge/bord (dentelée, filamenteuse…)
Milieu solide:
- élevation (plate, élevée…)
- texture (mucoïde, sèche, cassante…)
- caractéristiques optiques
- pigmentation et comportement de diffusion des pigments
- hémolyse (bris des globules rouges) dans gélose-sang
Milieu liquide:
- quantité de croissance cellulaire
- distribution
- texture
Qu’est-ce qu’une gélose-sang?
Une gélose à laquelle on ajoute du sang stérile afin de fournier des facteurs de croissance additionnels.
Qu’est-ce qui différencie les biofilms (cellule à l’état sessile) des cellules planctoniques?
- Unicellulaire vs pluricellulaire
Cellules planctoniques agissent comme unicellulaire VS les biofilms agissent comme un organisme pluricellulaire (échange de nutriments et de signaux moléculaires, changement même du métabolisme)
- Gènes
Expression différentielle jusqu’à 40% des gènes
Qu’est-ce que le quorum sensing?
La capacité des cellules des biofilms à percevoir lorsqu’ils atteignent une masse critique (grâce à des senseurs de masse critique). C’est à ce moment qu’ils vont commencer à former la matrice.
Quelle sont les étapes de la formation du biofilm? Expliquer.
- Attachement à une surface.
- cellules entrent en collision avec surface
- attachement parfois réversible (cellules se détachent) ou irréversible (ne se détachent pas) - Stabilisation de l’attachement
- ancrage sur la surface: interaction cellules-surface
- formation d’une monocouche: interaction cellules-cellules - Formation de micro-colonies
- 3 à 5 couches de cellules
- formation de la matrice quand atteignent la masse critique - Maturation du biofilm
- développement complexe en colonnes
- diffusion d’oxygène, de nutriments et des déchets grâce aux canaux entre les colonnes - Essaimage
- dispersion
- causes: érosion, abrasion (bris mécanique: provenant par exemple d’un micro-courant)
- but: colonisaiton d’autres milieux pour utiliser leurs nutriments
Quels facteurs vont influencer si l’attachement de bactéries à une surface sera réversible ou irréversible?
- Surfaces
- rugosité
- micro-courants
- nature de la surface (charge, hydrophobicité) - Cellules
- glycolax (mucosité, aide à s’attacher)
- fimbriae
- adhésines (protéines d’adhésion)
- flagelle (aide à lutter contre micro-courants)
Quel est l’impact de la position des cellules dans le biofilm?
La matrice ralentit la diffusion des nutriments/déchets/oxygène.
Donc, les cellules en périphérie ont accès direct, au contraire des cellules au centre.
Quelles sont les conséquences de la présence de biofilms?
- Protection des m-o
- Système immunitaire (s’attaque seulement au cellules en périphérie)
- Diminuent sensibilité aux antibiotiques, car les cellules du centre ne sont pas affectées
- Maladies parodontales - Infrastructures/industrielles
- Diminuent débit des liquides (aqueducs, olédocus)
- Augmentent corrosion des structures jusqu’à parfois perforation des parois
Est-ce qu’un biofilm peut se développer sur la surface d’un tube de rayon UV utilisé pour réduire la population microbienne dans un système de traitement d’eaux usées?
Parfois.
Existe-t-il des inhibiteurs de biofilms?
Oui. Un type d’algue rouge ne développe pas de biofilm, car elle en possède.
Inhibe le quorum sensing (senseurs de masse critique), donc empêche de connaître taille de population et donc à former une matrice.
Toxique chez mammifères, mais peut être utilisé industriellement pour des structures immergées (compagnie CIBA, marine militaire américaine, etc.)
On ne peut pas éliminer au complet mais limiter grandement.
