Sujet 3 - Nutrition et croissance des microorganismes Flashcards
La croissance est définie par un accroissement du nombre de cellules ou de la masse cellulaire totale
Croissance des microorganismes
La courbe de croissance d’une population bactérienne se développant dans un milieu de culture liquide (système fermé; en ‘batch’ ou discontinue) peut être représentée par ___ de la concentration bactérienne (bact./ml) en fonction du temps d’incubation (heures).
le log 10
4 phases de croissance
- Latence,
- Exponentielle,
- Stationnaire et
- de mortalité
Phase d’adaptation dans laquelle il n’y a aucune division cellulaire
Phase de latence
La durée de la phase de latence varie en fonction (2)
- de l’âge des bactéries
- de l’origine (composition, température du milieu)
Phase de croissance exponentielle (log) (5)
- Accélération de la croissance des bactéries ainsi que de la division cellulaire
- Les microorganismes se développent et se divisent à la vitesse maximale
- La population est uniforme (propriétés chimiques et physiologiques)
- La phase de croissance exponentielle est de courte durée…
- Relation entre la concentration des nutriments et la croissance
Le nombre total de microorganismes viables reste constant (Équilibre entre division et mort cellulaire) (109 cellules/ml)
Stationnaire
Causes de la phase stationnaire (2)
- Limitation des nutriments
- Accumulation de déchets toxiques, acidité
Phase de mortalité (2)
- Arrêt de la division cellulaire
- Le nombre de bactéries viables ou cultivables diminue de façon constante en fonction du temps
Causes de la phase de mortalité (3)
- Dommages irréparables conduisant à une perte de viabilité
- Réponse génétique déclenchée (Mort cellulaire programmée)
- Formation de cellules viables non cultivables (VNC) (dormance)
Nommez les méthodes directes de la mesure de la croissance des microorganismes (2)
- Décompte total des microorganismes (dépend de la taille)
- Décompte des unités viables (capables de se reproduire)
Décompte total des microorganismes (mesure directe) - Compteur de cellules Coulter et Cytomètre de flux utilisé pour (3)
protistes, levures et cellules mammifères)
Décompte total des microorganismes (mesure directe) - Chambre de comptage observée au microscope (2)
- Hémocytomètre: Les levures et cellules mammifères
- Cellule de Petroff-Hausser: Les bactéries
Décompte total des microorganismes (mesure directe) - Avantages (2)
- Facile à utiliser, rapide et peu coûteux
- Informations sur la taille/morphologie des microorganismes
Dimensions: 0.1cm x 0.1cm x 0.01cm = 1/10000 cm3
Cellules/ml: 10000 x cellules comptées x facteur de
dilution
Hémocytomètre
Dimensions : 10 fois plus petit que l’hémocytomètre
Cellules/ml: 100000 x cellules comptées x facteur
de dilution
Cellule de Petroff-Hausser:
Décrivez la décompte des unités viables (mesure directe) - (5)
- Méthode de dilutions en milieu liquide et d’étalement sur gélose
- Méthode des filtres de cellulose
- Résultat significatif entre 30-300 colonies
- Unités Formant des Colonies (UFC)
- Cellules Viables Non Cultivables (VNC)
Décompte des unités viables (mesure directe) - Avantages
les colonies proviennent seulement des cellules vivantes capables de se reproduire
Décompte des unités viables (mesure directe) - Inconvénients
Amas de cellules = 1 colonie
Décompte des unités viables - Méthode des filtres de cellulose
L’échantillon est passé sur un filtre de cellulose dont la porosité retient les micro-organismes
Nommez les mesures indirectes de la mesure de la croissance (2)
- Mesure de l’activité
- Mesure de la masse cellulaire
En mesurant la consommation de substrats (C, N2, O2 ou d’un facteur spécifique de croissance), la concentration des constituants cellulaires (ATP, FAD ou FMN, ADN, protéines) ou l’excrétion de certains produits (CO2 ou NH3), il est possible d’évaluer la concentration microbienne d’un échantillon
Mesure de l’activité, méthode indirecte
Mésure indirecte - Mesure de la masse cellulaire (2)
- Poids sec
- Turbidité par la densité optique - turbidimétrie
Mesure de la masse cellulaire - Poids sec (5)
- Récolte des micro-organismes (filtration sur membrane)
- Lavage + dessiccation (100 à 110oC)
- Pesée (toutes les bactéries, mortes ou vivantes sont pesées)
- Valeurs exprimées en g/L
- Valeurs exprimées en cellules/ml (nécessite un décompte cellulaire avant de récolter les bactéries)
Évaluation de la concentration cellulaire à l’aide de sa densité optique [D.O.] (absorption lumineuse) à une certaine longueur d’onde (Ex 600 nm)
Turbidimétrie
Dans une certaine limite (106/ml < [ ] < 108/ml), la
___ d’une suspension microbienne est directement ___ à sa concentration cellulaire
densité optique, proportionnelle
Pour évaluer la ___ d’une suspension inconnue, on doit préalablement établir à l’aide d’un ___ une courbe de ___ pour des concentrations microbiennes connues
concentration microbienne, spectrophotomètre, référence
Expression mathématique de la croissance bactérienne (3)
- Temps de génération ou de doublement (g)
- Taux de croissance (k)
- Nombre de générations (n) n
Intervalle de temps entre deux divisions cellulaires
successives
Temps de génération ou de doublement (g)
g = t/n (t = Temps, n=nbre de générations)
Temps de génération ou de doublement (g)
Taux de croissance (k)
- Nombre de générations par unité de temps (inverse du temps de génération)
- k = n/t (t = Temps, n=nbre de divisions)
(LogNt – LogNo)/log2
Nt: nombre de cellule au temps t
No: nombre initial de cellule de la population
Nombre de générations (n) n
La culture continue (ouvert) - (4)
- Apport de nutriments
- Élimination des déchets
- La phase de croissance exponentielle est maintenue sur une longue période
- Concentration constante de la biomasse
Il y a 2 types de culture continue
Chémostat et turbidostat
Dans la culture continue, le chémostat ___
Apport constant de nutriments à la même vitesse que le milieu est éliminé
Dans la culture continue, le turbidostat ___
vitesse de dilution déterminée par la densité
Milieux de culture (3)
- Leurs compositions varient à l’infini
- Doivent respecter les exigences nutritives des micro-organismes
- La composition précise d’un milieu de culture dépend de l’espèce à cultiver
Milieu de culture liquide
bouillons de culture (produisent une suspension microbienne)
Même composition que les bouillons, sauf qu’on ajoute de l’agar à1-2% (produisent des colonies microbiennes)
Milieu de culture solide
Polysaccharide extrait d’une algue rouge et utilisé comme agent gélifiant (non métabolisé par les microorganismes)
Agar
Les milieux de culture sont classés selon la composition et selon l’usage (2)
- Comp. : synthétique ou empirique
- Usage : sélectif ou différentiel
Types de milieux de culture synthétiques ou définis
composition chimique entièrement connue
Milieux pauvres permettent la croissance de
seulement certains microorganismes (source de C, N, S, etc…)
Synthétiques ou définis
Types de milieux de culture empiriques ou complexes
composition chimique indéterminée (peptone, extrait de levure)
Milieux riches permettent la croissance d’une grande variété de microorganismes
Empiriques/complexes
Permettent la croissance de la plupart des microorganismes
Milieux de base ou de propagation
Contiennent des composés qui inhibe de façon sélective la croissance de certains microorganismes sans en affecter d’autres.
Milieux sélectifs
La milieu MacConkey contient des sels biliaires et du violet de cristal qui inhibe la croissance des
bactéries ___
Gram+
Contiennent de substances spécifiques permettant de distinguer différentes bactéries par la couleur de leurs colonies
Milieux différentiels
La gélose MacConkey contient du lactose et le rouge neutre (indicateur de pH). La fermentation du lactose acidifie le milieu et produit des colonies rouges.
Exemple de milieu différentiel
Molécules organiques (Glucides, lipides, protéines,
acides nucléiques)
C, H, O, N, P, S
Ions (Cofacteurs d’enzymes)
K, Mg, Ca, Fe
Éléments traces
Mn, Co, Cu,Zn
Éléments restreints (besoins spéciaux)
B, Al, V, Mo, I
Substances utilisées pour la biosynthèse et la
conversion de l’énergie, et donc requises pour la croissance microbienne
Nutriments
10 éléments nécessaires en grande quantité (macroéléments) pour la synthèse de macromolécules
(C HOPK’NS), (’= Ca, Fe, Mg)
Facteurs de croissance
(acides aminés, vitamines et bases azotées)
Tous les êtres vivants ont besoin pour
subsister de (3)
- Source de carbone
- Source d’énergie
- Source d’électrons (H/e-)
Autotrophes
CO2 seul ou principale source
Hétérotrophes
Molécules organiques préformées (Ex. glucides, lipides…)
Phototrophes
Lumière
Chimiotrophes
Oxydation des composés organiques (Ex.
glucose) et inorganiques (Ex. H2S, NH +, Fe2+,…)
Lithotrophes
Molécules inorganiques réduites (H2S, NH +, Fe2+,…)
Organotrophes
Molécules organiques réduites (Ex. glucose)
Composé organique réduit –> composé organique oxydé
Chimioorganotrophie
Composé inorganique réduit –> composé inorganique oxydé
Chimiolithotrophie
Source d’énergie - Autotrophes photolithotrophes
Énergie lumineuse; donneur inorganique
(H/e-); CO2 comme source de carbone
Microorganismes - Autotrophes photolithotrophes
Algues, bactéries sulfureuses pourpres et vertes, cyanobactéries
Source d’énergie - Hétérotrophes photoorganotrophes
Énergie lumineuse; donneur organique d’H/e-; source organique de carbone (CO2 peut aussi être utilisé)
Microorganismes - Hétérotrophes photoorganotrophes
Bactéries non-sulfureuses pourpres, bactéries nonsulfureuse vertes
Sources d’énergie - Autotrophes chimiolithotrophes
Source chimique d’énergie (inorganique); donneur inorganique d’H/e-; CO2 comme source de carbone
Microorganismes - Autotrophes chimiolithotrophes
Bactéries oxydant le soufre, le fer, ou l’hydrogène, bactéries nitrifiantes
Source d’énergie - Hétérotrophes chimioorganotrophes
Source chimique d’énergie (organique); donneur organique d’H/e-; source organique de carbone
Microorganismes - Hétérotrophes
chimioorganotrophes
Protozoaires, mycètes, la plupart des bactéries non-photosynthétiques; donc la plupart des microorganismes pathogènes
Exigences nutritionnelles des microorganismes (8)
- Carbone (C)
- Azote (N)
- Phosphore (P)
- Soufre (S)
- Ions inorganiques (Na+, K+, Mg2+, Fe2+, Ca2+, Co2+, Cu2+, Mn2+, Zn2+)
- Facteurs de croissance
- Eau
- Oxygène
Source de carbone inorganique pour les autotrophes
Les chimioautotrophes et les photoautotrophes peuvent utiliser le CO2 comme seule source de carbone pour la biosynthèse de leurs macromolécules
Source de carbone organique pour les hétérotrophes
Substances hydrocarburées (glucides, protides, lipides, hydrocarbures, acides organiques, polyalcools,…)
Lorsqu’aucun chimiohétérotrophe ne peut dégrader une substance, cette dernière est considérée
NON–BIODÉGRADABLE
Synthèse des acides aminées (protéines), bases azotées (purines, pyrimidines), certains glucides/lipides, cofacteurs enzymatiques,…
Azote
Forme inorganique d’azote pour certains microorganismes (4)
- Azote atmosphérique (N2) - fixation d’azote atm.
- Ammoniaque (NH3) - oxyd. en nitrites
- Nitrites (NO2) - oxyd. en nitrates
- Sels d’ammonium (NH4+)
Forme organique d’azote utilisée par un grand nombre de microorganismes
Composés azotés tels les acides aminées, les bases azotés, phospholipides,…
Phosphore comme nutriment (2)
- Élément essentiel des acides nucléiques, phospholipides, de nombreux coenzymes et de l’ATP
- Absorbé sous forme inoganique (PO42-)
Soufre comme nutriment (2)
- Élément essentiel de certains acides aminés (cystéine, méthionine)
- Principalement absorbé sous forme de sulfate (SO4 2)- ou de composés soufrés organiques (cystéine)
Essentiels pour l’équilibre physicochimique de la cellule (constituants des enzymes et des coenzymes, constituants des structures cellulaires, cofacteurs enzymatique
Ions inorganiques (Na+, K+, Mg2+, Fe2+, Ca2+, Co2+, Cu2+, Mn2+, Zn2+) :
Composés organiques essentiels à la croissance que la bactérie ne peut synthétiser elle-même (doivent être préformés)
Facteurs de croissance
Trois types de facteurs de croissance
- Acides aminés
- Vitamines
- Bases azotées (purines/pyrimidines)
Microorganisme de type sauvage du point de vue nutritionnel; autonome, pouvant croître sur un milieu minimal
Prototrophe
Auxotrophe (2)
- Perte de capacité à synthétiser certains métabolites essentiels (comparé au type sauvage)
- Incapable de croître sur un milieu minimal (il faut l’enrichir avec la substance)
Principal constituant cellulaire des microorganismes
Indispensable comme solvant et dans les réactions biochimiques
Eau
Les états de l’eau (2)
Eau liée: liée aux macromolécules, ions ou toute surface hydrophile
Eau libre: suffisamment éloignée d’une surface et libre de ses mouvements, propriétés physico chimiques normales
Seule l’eau ___ du milieu est disponible pour les microorganismes
libre
Aw (Activity of water)
Pression partielle de vapeur d’eau d’une solution
La plupart des microorganismes exigent une grande quantité d’eau ___ pour leur croissance
libre
O2 - Accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire des organismes___
Aérobiques
O2 - Toxique pour les bactéries ___
ANAÉROBIQUES
On distingue 5 groupes de bactéries selon leur réponse à l’égard de l’oxygène
- Aérobies stricts
- Microaérophiles
- Anaérobies stricts ou obligatoires
- Anaérobies facultatifs (aéro-anaérobies)
- Anaérobies aérotolérants
Aérobies stricts (2)
- Bactéries qui exigent obligatoirement l’oxygène libre pour se multiplier
- L’oxygène libre est utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire.
Microaérophiles (2)
- Bactéries qui 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 %
Bactéries qui ne peuvent se multiplier qu’en absence totale d’oxygène libre
Anaérobies stricts ou obligatoires
L’oxygène libre ne peut être utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne respiratoire
Anaérobies stricts ou obligatoires
Elles utilisent d’autres substances oxydatrices comme des nitrates, des sulfates ou des carbonates comme accepteur final d’électrons; c’est la respiration anaérobie
Anaérobies stricts ou obligatoires
Anaérobie stricte - Si l’accepteur final est un composé organique on parle alors
de ___
fermentation
Anaérobies facultatifs (aéro-anaérobies) - (2)
- Bactéries capables de croître en présence ou en absence totale d’oxygène libre
- Ces bactéries peuvent utiliser soit la respiration (aérobie), soit la fermentation (anaérobie)
Anaérobies aérotolérants (2)
- Bactéries anaérobies mais la présence d’oxygène ne les tue pas
- En présence d’oxygène, leur croissance est plus faible que celle des anaérobies facultatifs car elles n’utilisent pas l’oxygène.
L’oxygene peut etre potentiellement toxique, car sa réduction (gain d’électrons) produit une série de ___
radicaux libres.
La réduction de l’oxygène provoque une série de radicaux libres toxiques (4)
- Anion superoxyde (O2-)
- Peroxyde d’hydrogene
- Radical hydroxyle
- Eau
Ces deux enzymes accelerent la reduction de l’oxygene
- Superoxyde dismutase (SOD) : Dismutation
- Catalase : transforme le peroxyde en eau et en oxygène
Comment faire croître les anaérobies ? (3)
- Bouillon au thioglycolate
- Système ‘GasPaK’
- Chambre de travail anaérobie
Facteurs physiques influençant la croissance des microorganismes (3)
- La temp.
- Le pH
- La pression osmotique
Elle affecte directement les réactions enzymatiques (métabolisme des microorganismes)
La température
Température la plus basse à laquelle un microorganisme peut croître
Température minimale
Température idéale permettant aux microorganismes un taux de croissance maximal
Température optimale
Température la plus élevée à laquelle un microorganisme peut croître
Température maximale
En ordre croissant, décrivez les classes de microorganismes selon leur température caractéristique de croissance (5)
- Psychrophile
- Psychrotrophe
- Mésophile
- Thermophile
- Hyperthermophile
Réfrigération (temp)
4°C
37°C
Corps humain
Pasteurisation (temp)
66-71°C
L’___ des microorganismes est directement influencée par le pH.
activité enzymatique
En milieu acide ou en milieu alcalin, les enzymes sont normalement ___.
inactivées
pH minimal, optimal, maximal
valeur de pH la plus basse, l’idéale, et la plus élevée a laquelle un microorg. peut croitre, respectivement
Type de microorganismes selon le pH optimal (3)
- Acidophiles : pH 0-5.5
- Neutrophiles : pH 5.5-8.0
- Alcalophiles : pH 8.5-11,5
Les bactéries préfèrent un milieu à pH ___ tandis que les ___ préfèrent un pH à ~5-6
6-7, mycètes
La présence d’une membrane plasmique à perméabilité sélective fait en sorte que les microorganismes sont affectés par des modifications de la ___ de leur milieu
concentration en solutés (concentration osmotique)
Lorsque les bactéries sont placées en milieu ___, l’eau entre dans la cellule mais la paroi oppose une certaine résistance mécanique à la pression osmotique
hypotonique
Lorsqu’une bactérie est placée en milieu ___, l’eau quitte la cellule au profit du milieu ambiant (déshydratation)
hypertonique
Lors d’un milieu hypertonique, on trouve __ (2)
- Plasmolyse (la membrane se rétracte de la paroi)
- Faible disponibilité en eau libre
Tolèrent une pression osmotique élevée
Osmotolérants
Nécessitent une pression osmotique élevée pour croître (milieux hypertoniques)
Osmophiles
Nécessitent une concentration en NaCl > 0.2M
Halophiles
Composés osmocompatibles ou osmorégulateurs (3). Ils permettent d’ ___
- Glycine
- Bétaïne
- Glycérol
ajuster l’activité de l’eau du cytoplasme sans nuire aux réactions biochimiques cellulaires
