Microbiologie GÉnÉrale - Le Monde Microbien PDF

MICROBIOLOGIE GÉNÉRALE Plan Monde microbien Structure de la cellule procaryote Métabolisme et nutrition bactériens Croissance bactérienne 1  CHAPITRE I MONDE MICROBIEN 2 ...

MICROBIOLOGIE GÉNÉRALE Plan Monde microbien Structure de la cellule procaryote Métabolisme et nutrition bactériens Croissance bactérienne 1  CHAPITRE I MONDE MICROBIEN 2  Monde microbien - Historique - Génération spontanée - Rôle des microorganismes dans les maladies - Effets des microorganismes sur la matière organique et inorganique. - Différents types de microorganismes - Domaine et rôle de la microbiologie 3 Glossaire Cellules procaryotique caractérisée par l’absence d’un vrai noyau enfermé dans une membrane. (Archées et la plupart des Bac­téries). Cellules eucaryotiques Organismes, unicellulaires ou multicellulaires, qui se caractérisent par la présence d'un noyau structuré et généralement d'organites spécialisés (animaux, champignons, plantes et protistes) Fungi (champignons) Groupe diversifié de microorganismes eucaryotiques qui s’étend depuis des formes unicellulaires (levures) jusqu’aux moisissures et aux champignons, multicellulaires 4 Génération spontanée Ancienne théorie, à présent discréditée, proposant que les orga­nismes vivants se développent au départ de matière non vivante (inanimée). Génome contenu génétique entier d’un organisme. Microbiologie Etude d’organismes habituel­lement trop petits pour être vus à l’œil nu; des techniques spéciales sont requises pour les isoler et les faire croître. Microorganisme Organisme trop petit pour être clairement vu à l’œil nu, dépourvu de cellules hautement différenciées et de tissus cellulaires distincts. 5 Protistes organismes regroupent la plupart des eucaryotes unicellulaires. Ils ont des caractères de : - végétaux avec chloroplastes (protophyte), ou - d'animaux se nourrissent de proies (protozoaire) Prions Agents infectieux, composés exclusi­vement de protéines s'accumule et forme des dépôts à l'intérieur et à l'extérieur des cellules du cerveau, qui causent des encéphalo­pathies spongiformes comme la tremblante qui touchent certaines espèces animales (bovins, ovins, caprins) 6 Virus Particule microscopique infectieuse qui ne peut se répliquer qu'en pénétrant dans une cellule et en utilisant sa machinerie cellulaire. Les virus qui infectent les bactéries sont les bactériophages. Il existe des virus qui infectent des animaux et d'autres qui infectent les végétaux. S'ils provoquent des maladies, les virus peuvent être considérés comme des germes pathogènes.. Viroïdes Agents infectieux des plantes com­posés exclusivement d’ARN monocaténaire circulaire sans capside, plus petites que les virus. Virusoïdes Agents infectieux composés ex­clusivement d’ARN monocaténaire circulaire et incapables de se répliquer sans l’aide de virus (assistant) spécifiques qui infectent la cellule hôte. 7  Le monde microbien I- Historique Microbiologie : sous-discipline de la biologie basée sur l'étude des microorganismes de taille microscopique, invisibles à l’œil nu, et des relations avec leur environnement et on cite : - Procaryotes (noyau primitif ou nucléoïde) : - Archéobactéries : sont les premières à coloniser les roches nues car elles survivent avec le minimum de ressources (cellules méthanogènes, cellules halophiles et les cellules thermoacidophiles) - Eubactéries (ou « vraie-bactérie ») sont les plus proches des bactéries actuelles. (bactéries contemporaines, bactérie mycoplasmes et cyanobactéries) - Eucaryotes (vrai noyau) : - protozoaires, plasmodium (paludisme ou malaria) - algues microscopiques, - champignons microscopiques - Acaryotes (sans noyau : virus) Cependant, certains micro­organismes eucaryotes, sont visibles sans microscope, (moisissures du pain, algues filamenteuses). 8 9 10 Les microorganismes sont différents et leur classification a tou­jours été un défi pour les taxinomistes (soit comme plantes soit comme animaux) : - Mobiles comme les animaux, mais ont également des parois - Photosynthétiques comme les végétaux. - Composés de cellules : procaryotes ou eucaryotes 11 La plupart des microbiologistes pensent que les organismes devraient être divisés en trois domaines : 1- Bacteria (Bactéries vraies ou eubactéries) 2- Archaea (Archées) 3- Eucarya (Euca­ryotes) (figure 2) 12  13 Figure.2 L'arbre phylogénique universel. 1- Bacteria (Bactéries ) : Organismes unicellulaires dont la plupart ont des parois contenant le peptidoglycane. Bien que : - Grande majorité des bactéries aient une structure procaryotique typique caractérisée par faux, - Quelques espèces du planctomycètes ont un vrai noyau. Les bactéries : - sont abondantes dans le sol, l’eau et l’air et sont également les principaux habitants de notre peau, de notre bouche et de nos intestins. - certaines bactéries vivent dans des environne­ments aux températures, pH ou salinité extrêmes. - certaines provoquent des maladies, et d’autres ont des rôles bénéfiques tels que le recyclage des éléments dans la biosphère, la dégradation des matières végétales et animales et la production de vitamines. Les cyanobactéries ou cyanophycées sont des bactéries photosynthétiques (autrefois appelées algues bleu ou bleu-vert) produisent des quantités importantes d’oxygène par la photosyn­thèse. 14 2-Archaea (archées) : se distinguent des Bacteria par plusieurs traits comme : - Séquences particulières des ARNr. - dépourvues de peptidoglycane pariétal - Pourvues de lipides membranaires particuliers. Certaines ont des caractéristiques méta­boliques inhabituelles, comme les méthanogènes qui produisent du méthane. De nombreuses archées vivent dans des environnements extrêmes, comme ceux qui impliquent une température élevée (archées thermophiles) ou une forte concentration en sel (archées halophiles). Bien que certaines archées appartiennent à des com­munautés de microbes impliquées dans les gingivites humaines (inflammation de la gencive), le caractère pathogène des archées n’a pas été clairement établi. 15 3-Eucarya (eucaryote) : Organismes : - Possédants des cellules délimitées par une membrane (animaux) ou paroi (végétaux) et avec un noyau qui est l’organite contenant le génome de l’individu délimité par une membrane, séparé du reste du contenu cellulaire, qui contient l’ADN - Multicellulaires (plantes, animaux, champignons) - Unicellulaires correspondent aux protistes (préfèrent milieux à base d’eau ou humides) qui sont de trois types : - Protistes végétal : Protophytes (algues autotrophes photosynthétique) - Protistes animal : Protozoaires (hétérotrophes avec déplacements) - Fongiformes : Protomycètes : - myxomycètes et - champignons aquatiques 16 a-Algues : Protistes photosynthétiques qui, avec les cyanobactéries (cyanophycées bactéries photosynthétiques autrefois appelées algues bleu ou bleu-vert), - Produisent environ 75% d’oxygène planétaire - Forment la base des chaînes alimentaires aquatiques. 17 b-Protozoaires Protistes unicellulaires de type animal, habituellement mobiles. De nombreux protozoaires libres sont les principaux chasseurs et brouteurs du monde microbien. Ils obtiennent leurs aliments en ingé­rant des matières organiques et d’autres microorganismes. On les trouve dans de nombreux milieux : - tractus intestinal des animaux où ils facilitent la diges­tion de matières complexes comme la cellulose. - agents pathogènes chez les humains Giardia lamblia : Giardiase, Entamoeba histolytica : Amibiase Cryptosporidium parvum : Cryptosporidiose et les animaux. 18 c- Myxo­mycètes Protistes unicellulaires qui se caractérisent par : - Formation d'un plasmode (vrai ou pseudoplasmode) - Absence de mycélium Ils étaient initialement réunis aux champignons, car leurs cycles de vie comportent une étape de sporulation végétative macroscopique et une autre qui est protozoaire : - Champignons (avec sporulation) - Protozoaires Au cours de la phase protozoaire, ils se déplace grâce au plasmode et chassent des particules alimentaires en consommant des végétaux en décom­position et d’autres microorganismes par phagocytose. 19 d- Champignons aquatiques (amphibies) Organismes microscopiques, unicellulaires, et relativement mal connus bien que largement répandus. Détectés par des études biomoléculaires sur les microeucaryotes aquatiques - se trouvent à la surface des eaux marins, douces et des sols humides, - se nourrissent de matières organiques en décomposition. Certaines d’entre elles ont occasionné des infections végétales destructrices Par la pourriture racinaire. 20 Champignons ( Fungi ) Groupe varié de micro­organismes allant de levures unicellulaires jusqu’aux moisissures et champignons multicellulaires qui produisent de fines structures filamenteuses appelées hyphes. Ils absorbent les nutriments de leur environnement, y compris les molécules organiques qu’ils utilisent comme source de carbone et d’énergie. En raison de leurs capacités métaboliques, de nombreux champignons jouent un rôle bénéfique, en intervenant par exemple dans : - levée de la pâte à pain, - production d’antibiotiques - décomposition des organismes morts. D’autres champignons causent des maladies chez : - végétaux (telles que la rouille, le char­bon du blé ou le mildiou), - animaux et humains 21 Virus (Acaryote) Entités acellulaires qui doivent enva­hir une cellule hôte pour se répliquer. ne contiennent qu’un seul type d’acide nucléique (ADN ou ARN) qui constitue le génome viral. se reproduisent à partir de leur matériel génétique et par réplication sont plus petits de tous les microorganismes (10 à 10000 fois plus petits qu’une bactérie typique). provoquent de nombreuses maladies végétales et animales, comme la variole, la rage, la grippe, le sida, le rhume et certains cancers. Jouent aussi un rôle important dans les environnements aquatiques, et leur rôle dans la structuration des communautés microbiennes aquatiques fait l’objet actuellement d’actives recherches. 22 Depuis longtemps, les microorganismes ont été utilisés expérimentalement pour produire et conserver des produits alimentaires, toutefois la microbiologie est la plus jeune des sciences naturelles puisque les microorganismes se sont montrés le matériel de choix pour l'analyse de nombreux problèmes fondamentaux de la biologie moderne. Escherichia coli est actuellement la plus connu et la plus simplement manipulable de tous les êtres vivants. Les travaux sur E. coli et autres organismes similaires ont permis les plus importantes découvertes en : - Biologie moléculaire - Génétique - Immunologie. 23 Génération spontanée Anthony Van Leeuwenhoek (1632-1723), un marchand hollandais et grand amateur d’instruments d'optique, découvrit et décrivit pour la première fois le monde microbien, Il observa : - Eau de pluie, - Sa propre matière fécale, - Matière prélevée de ses dents. il a été le premier à consigner ses observations dans des descriptions et des dessins précis qui actuellement permettent l'identification 24 Figure 1: Antony Van Leeuwenhoek et son microscope. Russell and Russell. (1958). 25 A la phase de la découverte des microorganismes on se passionnait pour la célèbre Critique de la génération spontanée ou abiogenèse. Cette affaire continuera longtemps puisqu’il a fallu attendre les expériences de : - Tyndall et de Pasteur (siècle plus tard), pour que la société scientifique lance certainement la théorie de la génération spontanée quoique l’expérience 26 les bouillons en ampoules scellées débarrassées des microorganismes par la chaleur (ébullition pendant 1h) restaient stériles. Une légère fissure du col était suivie d'un développement de microorganismes. Cependant, les adhérents de la génération spontanée postulèrent que l'air exclu des flacons était essentiel à l'abiogenèse des microbes, Les expériences de Schulze, Théodore Schwann, Schroeder et Von Dush pour démentir la génération spontanée des micro-organismes. 27 Figure 2 : Appareils utilisés dans plusieurs expériences pour réfuter la théorie de la génération spontanée. 28 Pour chaque expérience, on supposait que les bactéries étaient transportées sur des poussières en suspension dans l’air. Si on traitait l’air pour enlever ou tuer les microorganismes avant que l’air ne pénètre dans une solution nutritive, on n’observe aucune croissance de microorganismes. A : les microorganismes de l’air sont tués par un acide B : les microorganismes sont détruits par la chaleur C : les microorganismes sont éliminés par filtration (passage de l’air dans du coton) 29 Pasteur (1861) filtre l'air au travers d'un coton et observe le contenu du coton. Il constate la présence de nombreuses particules ressemblant à des spores de végétaux piégés par l’ouate, En prenant ce coton et en le déposant sur un milieu nutritif il a remarqué une croissance de microorganismes. En chauffant le goulot d’un flacon contenant une solution nutritive, il lui donne une forme dite en col de cygne, il ne ferme pas l’extrémité afin que l’air puisse entrer. Il le fait bouillir pour stériliser la solution et le laisse refroidir. 30 Figure 3 : Flacon à col de cygne utilisé par Pasteur pour achever la théorie de la génération spontanée. 31 Résultats : Il ne se passe rien même si le flacon est laissé à l'air libre. S'il incline le flacon une croissance est observée. Il émet alors l'hypothèse que les micro-organismes s'étaient localisés sur les bords étirés de ce flacon. En effet, en cassant les cols il y a de nouveau contamination. Louis Pasteur démontre ainsi que l’air contient des germes capables de se développer dès qu’ils trouveront un milieu favorable. George Tyndall (1893) démontre que la poussière porte réellement les germes. Il enlève les microorganismes de l’air, en laissant la poussière se déposer au fond des serpentins. Tant que l’air de la boîte demeure sans poussière, le bouillon reste stérile. 32 Figure 4 : Expérience de Tyndall : Boîte à l’épreuve de la poussière 33 Découverte des microorganismes dans la transformation de la matière organique et genèse des maladies. Depuis des longues périodes, les gens ont cherché à améliorer la qualité de leurs produits de fermentation sans se croire qu'une préférable qualité résultait de l'amélioration des modalités de croissance des microorganismes. Il a fallu attendre les études de Pasteur sur le rôle des microorganismes dans la préparation du vin pour accepter que tous les processus fermentaires étaient le résultat d'une activité microbienne. 34 Pasteur montra également que tout type de fermentation était conduit par la croissance d'un type caractéristique de microorganisme. Et ainsi il découvrit que pour écarter les souches microbiennes indésirables, il suffait de chauffer le vin à une température de 60°C pendant 30min. Ce procédé universellement connu sous le nom de pasteurisation. C'est également au cours de ces études sur la fermentation qu'il découvrit la vie anaérobie. Louis Pasteur et Robert Koch (1843-1910) sont les véritables fondateurs de la bactériologie médicale (où la théorie des germes trouve une nouvelle forme en même temps qu’une nouvelle vigueur). 35 Koch énonce les fameuses règles connues sous le nom de postulats de Koch. Pour démontrer qu’un micro-organisme est responsable d’une maladie, il faut qu’il : - soit retrouvé dans tous les cas de maladies semblables; - soit isolé en cultures pures; - reproduise la maladie expérimentalement - soit récupéré à partir d’animaux infectés expérimentalement 36 Prévention et traitement des maladies microbiennes. Antisepsie Joseph Lister (1860) chirurgien anglais, appliqua les principes de Pasteur à savoir la désinfection et la stérilisation des pansements et des instruments utilisés en chirurgie; et en opérant sous protection de désinfectant qui est le phénol, réussit à réduire fortement l'infection chirurgicale. Immunisation. C'est en continuant ses recherches sur les causes des maladies infectieuses et les moyens de les prévenir, que Pasteur comprit que les bactéries atténuées (moins virulentes), pouvaient stimuler l'hôte à produire des anticorps, substances qui le protègent contre l'infection contractée à la suite d'un contact avec l'organisme virulent. 37 Figure 5 : Le principe de l’immunisation tel qu’il a été démontré par Pasteur. 38 Pasteur a d’abord inoculé des poules avec de vieilles cultures de bactéries du choléra des poules, ces poules demeurèrent en santé. Plusieurs semaines après, il les inocule de nouveau avec une culture bactérienne fraiche, cette culture ne les rendit pas malades, mais elle tue les poules qui n’avaient pas été inoculées avec la culture atténuée. Cette expérience démontra qu’une vieille culture de bactéries du choléra des poules développait dans le sang des poules, sans causer la maladie, la production de substances protectrices (anticorps), L’étude du choléra des poules lui donne l’occasion de cultiver l’agent responsable et de l’atténuer. C’est ainsi que la vaccination est née. 39 - Pasteur a réussit à protéger les moutons contre le charbon par des vaccins contenant des bactéries Bacillus anthracis atténuées par la chaleur. - Il a fabriqué le vaccin contre rhabdovirus responsable de la rage à partir de la moelle épinière séchée, prélevée chez les animaux morts de rage. Les travaux de cette époque sont aussi à l'origine de l’immunologie, science nouvelle où - Metchnikoff (1845-1916) établit les bases de l’immunité cellulaire en découvrant la phagocytose lorsque certains leucocytes (phagocytes) du sang pouvaient engloutir des bactéries pathogènes - Behring et Kitasato, à la même époque montrent que l’organisme dispose d’autres moyens de défense : c'est l’immunité humorale (Substances solubles dans le sang) Chimiothérapie : Ensuite il appariaient les sulfamides, les antibiotiques et les agents chimiques de plus en plus raffinés et spécifiques. 40 Naissance de la virologie. Ivanowsky (1892) montrait qu’une mala­die (mosaïque du tabac) atteignant les plants de tabac, était due à un : - agent inconnu, n’appartenant ni au monde des bactéries, ni aux poisons chimiques. - capable de reproduire la maladie après inocu­lation à un plant de tabac sain, - capable aussi de traverser les filtres qui retiennent habituellement les bactéries, fut appelé « ultravirus » ou « virus filtrant ». Par la suite, il fut démontré que de nombreuses autres maladies animales ou végétales pouvaient être engen­drées par des agents infectieux analogues. Lwoff (1953) établisse les critères de séparation entre virus et les autres agents infectieux. Il existe d’autres agents infectieux différents des virus comme les viroïdes et les prions 41 Microorganismes en tant qu'agents géochimiques. la justification de l'importance des microorganismes dans les cycles de la matière et le port de la fertilité des sols est justifiée par : - Winogradsky (1890) a isolé, les premières bactéries nitrifiantes - Beijerinck (1885 ) a isolé, le premier rhizobium Bacillus radicicola 42 Période moderne Les microorganismes - se reproduisent rapi­dement et sont faciles à cultiver. - donnent naissance à des populations énormes à la suite d’un grand nombre de générations succes­sives. - constituent un outil particulièrement favorable en génétique, la science qui s’intéresse à l'étude des carac­tères héréditaires et de leurs variations. Avery, Mc Leod et Mc Carty (1944) mon­trent que, l’ADN est responsable des phénomènes de transformations, en étant le support des caractères héréditaires de la cel­lule. 43 On apportait, pour la première fois, la démonstration éclatante du rôle de l’ADN dans l’hérédité. Les découvertes se succèdent : - Lederberg et Tatum (1946) : recombinaisons génétiques - Zinder et Lederberg (1952) : transduction - Watson et Crick (1953) : modèle de structure de l’ADN et (1962) : découverte de la structure en double hélice - Nirenberg (1961) : signification du codon TTT (1966) : l’ensemble du code génétique - Jacob et Monod (1960) : dynamique de la traduction (avec les divers types d’ARN) et la régulation des gènes 44 La biologie moléculaire : - née de la convergence de la génétique et de la biochi­mie. - s’intéresse à la structure des macro­molécules, (acides nucléiques et protéines) et à leurs relations. - grâce aux bactéries, il a été possible de : - connaître le mécanisme de la synthèse protéique, - décrypter le code génétique, - analyser les mécanismes de régulation de la cellule. La période actuelle est marquée par l'essor de génie génétique et de la biotechnologie. 45 Place des microorganismes dans le monde vivant. Un microorganisme est un être vivant. Atome → Molécule → Cellule → Tissu → Organe → Organisme → Population → Communauté → Ecosystème → Biosphère Acaryote - virus Procaryotes - bactéries microorganismes - Archée Eucaryotes - levures - champignons filamenteux - cellules végétales organismes supérieurs - cellules animales 46 Domaines d’application des microorganismes - Alimentaires : - Yaourt (Streptococcus thermophilus), - Vinaigre (Acetobacter) - Fromage Penicillium roquefortii Moisissures - Pain Saccharomyces cerevisiae Levures - coagulation du lait Lactobacillus bulgaricus Bactéries - Chimiques et pharmaceutiques : - Vitamine B12, (Streptomyces, Pseudomonas) - Enzymes, (Bacillus) - Acides organiques, - Antibiotiques… (Streptomyces) - hormones (génie génétique) - Environnement : - Traitement de l’eau, - compostage, (Thermophile : Hisenia andrei) - biogaz…(Methanothrix thermophila) - Cycle biogéochimiques - cycle de carbone - cycle de l’azote 47 la microbiologie moderne est une science très vaste avec de nombreuses spécialités - microbiologie médicale : branche de la médecine s'attelant à la recherche des microbes dans les prélèvements d'origine humaine dans le but à diagnostiquer des pathologies infectieuses associées - Immunologie : branche de la médecine qui a pour spécificité l'étude de l'immunité, l'immunité correspond à la capacité naturelle ou acquise par le corps humain à lutter contre un agent pathogène, appelé antigène, grâce à la mise en place de défenses immunitaires adaptées. - microbiologie agronomique : s’intéresse à l’impact des microorganismes sur l’agriculture. 48 - écologie microbienne : aborde la place et le rôle des microorganismes dans un habitat (environnement, écosystème) ainsi que les interactions des micro-organismes entre eux et avec leur milieu. - microbiologie alimentaire : étude des micro-organismes qui habitent, forment ou contaminent les aliments - microbiologie industrielle : traite de l'utilisation de microorganismes à des fins industrielles - génétique microbienne et la biologie moléculaire : se concentrent sur la nature de l’information génétique et sur la façon dont elle régule le développement et le fonctionnement des cellules et des organismes 49 Cycle de carbone 50 Cycle d’azote 51 52 Microbiologie alimentaire. Certains microorganismes peuvent changer la nature des denrées alimentaires comme : - bactérie lactique : Fermentation lactique - champignon Botrytis cinerea : Putréfaction (protéolyse) - Pseudomonas fluorescens : Rancissement (lipolyse) D’autres : - causent des maladies ex : salmonelloses causée par la bactérie slmonella - élaborent des toxines qui causent les intoxications alimentaires ex : botulisme causée par la bactérie clostridium botulinum Aussi les microbiologistes essayent d’empêcher la contamination microbienne des aliments. Un certain nombre de microorganismes sont utilisés pour la fabrication de denrées alimentaires comme : pain, fromages, yaourts, conserves, bière... 53 Sécurité alimentaire La sécurité alimentaire est un axe majeur de la microbiologie alimentaire. Les bactéries pathogènes, virus et toxines produites par des microorganismes sont des sources possibles de contamination alimentaire. Certains microorganismes peuvent aussi être utilisés pour combattre ces microbes pathogènes. Les bactéries probiotiques, et notamment celles produisant des bactériocines, peuvent tuer et inhiber des pathogènes. Par ailleurs, des bactériocines purifiées telles que la nisine peuvent être directement ajoutés à des produits alimentaires. 54 Bactériophages : virus qui n'infectent que des bactéries, peuvent être utilisés pour tuer des bactéries pathogènes. Une préparation alimentaire rigoureuse avec cuisson correcte, élimine la plupart des bactéries et virus. Les toxines produites par des contaminants alimentaires ne perdent pas nécessairement leur caractère toxique du fait de la cuisson d'aliments contaminés. Il est donc nécessaire de veiller à ce que leur production ne soit pas suffisamment importante au point que l'aliment constitue un danger. 55  Aliments fermentés La fermentation : - l’origine de nombreux aliments traditionnels consommés depuis des longtemps et qui sont : - nutritifs, - savoureux - faciles à digérer comme (pain, les laits fermentés, le yaourt, légumes fermentés, boissons fermentés …) - se produit à température ambiante sous l’influence de bactéries ou de levures (appelées ferments) naturellement présentes dans les aliments en donnant naissance à divers acides (acide lactique…) qui empêchent les microbes de se développer Certains microorganismes responsables des fermentations sont des probiotiques (compléments alimentaires à base de microorganisme) ingérés vivants au sein des aliments, ils résistent aux différentes sécrétions digestives pour parvenir jusqu’au gros intestin, d’où un impact positif sur l’équilibre de la flore intestinale et sur la santé 56 Microorganismes, source de produits alimentaires Les microorganismes : - utilisés comme source de protéine, on les appelle des protéines d’origine unicellulaires (P.O.U) - impliqués dans la production de nombreux autres aliments, et sont parfois utilisés comme aliments eux-mêmes : - Vinaigre : produit de la fermentation acétique. - Sauce de soja : utilise la moisissure Aspergillus oryzae et d’autres microorganismes pour faire fermenter le mélange de soja et blé. ce processus comprend deux étapes et dure généralement entre 2 et 12 mois. Pendant ce temps, les protéines et les sucres du mélange sont décomposés pour donner un produit final avec arôme puissant, et couleur brun-rougeâtre). 57 Tempeh : utilise également une moisissure : Rhizopus oligosporus. C’est une partie importante du régime alimentaire dans les pays comme l’Indonésie, où il constitue une source majeure de protéines et d’autres nutriments essentiels. Miso : pâte de soja fermentée employée comme base de soupe et de sauce, est faite en utilisant un cocktail similaire de microorganismes. Différentes variétés peuvent être produites en variant la teneur en sel, édulcorants et le temps de fermentation. 58 Microbiologie industrielle et biotechnologie Le domaine de la microbiologie industrielle couvre l’ensemble des procédés de biosynthèse ou de biotransformation réalisé par des microorganismes à des fins économiques. Il est généralement plus économique d’utiliser un microorganisme qui synthétise un composé que de le produire chimiquement. Les produits essentiels de la microbiologie industrielle sont : vaccin, vitamines, enzymes, acides aminés, antibiotiques, acides organiques, facteurs de croissance, hormones (insuline), production de bio gaz et les insecticides microbiens 59 Levures et Moisissures Les champignons microscopiques (mycètes) se divisent en deux groupes : - Levures (unicellulaires) - Moisissures (champignons filamenteux) Mycètes : - Eucaryotes (possédant un noyau bien individualisé, entouré d’une membrane nucléaire) Uni ou pluricellulaires - se développent par des thalles (système de filaments plus ou moins ramifiés). - Sont très abondant, dans la nature et jouent un rôle essentiel dans le recyclage des matières organiques, en tirant leur énergie à partir des sources carbonées externes (hétérotrophie). 60 Sur plus de 100.000 espèces connues on estime à environ 500 le nombre des espèces dénoncées en pathologie humaine. Thalle (appareil végétatif) : formé de filaments = hyphes. On distingue deux types de filaments : - Filaments septés ou cloisonnés, de diamètre régulier (3 à 5µm), Les cloisons se forment à intervalle plus ou moins régulier. Les champignons sont appelés Septomycètes. - Filaments non cloisonnés ou siphonnés, de diamètre irrégulier (5 à15µm) Les champignons sont appelés inférieurs ou Siphomycètes. 61  Figure1 : Septomycètes (Mycélium 62 Septé) Figure 2 : Siphomycètes (Mycélium non Septé) 63  b a Figure 3: (a) Levure (Saccharomyces serevisiae) unicellulaire microscopique. (b) Moisissure (Penicillium expansum) multicellulaire se développant sur une pomme : pourriture verte (c) Champignons vesse de loup (Lycoperdon perlatum) poussant sur une buche 64 Levures Champignons microscopiques unicellulaires présentant dans leur cycle biologique une phase unicellulaire prépondérante. Elles occupent une place essentielle dans l’industrie alimentaire, contribuent à la revalorisation des déchets agricoles et industriels et à la production des protéines. Cependant certaines sont pathogènes pour l’homme ou les animaux. La taille de la cellule est très variable selon les espèces : de 1 à 10 µm de large pour 2-3 ou 20-50 µm de longueur. La forme de la cellule végétative peut être sphérique, ovoïde, allongée ou cylindrique. Dans certaines conditions de culture, les levures peuvent donner des formes mycéliennes. 65 Paroi Rigide représente près 20% du poids sec de la cellule, donnant à la cellule sa forme caractéristique constituée de : - 80% de polysaccharides antigéniques dont les mannanes, glucanes et chitines sont les représentants les plus importants - 10 à 20% de protéines. Formée de 3 couches : - couche interne de β (1-3) glucane insoluble en milieu basique, assure le maintien et la rigidité de la paroi; - couche interne moyenne, de β (1-3) glucane soluble ramifié qui confère une certaine élasticité à la paroi, est aussi le lieu d’encrage des mannoprotéines; - couche externe, de mannanes phosphorylés; 66 - β (1-3) glucane : assure le lien entre les différentes couches. - chitine : - localisée au niveau de la zone de cicatrisation lors du bourgeonnement - permet ainsi le maintien de l’intégrité de la paroi et, donc, la survie de la cellule. - paroi : séparée de la membrane cytoplasmique par un espace périplasmique où sont localisées des enzymes. 67 Membrane cytoplasmique - Riche en stérols constitue de protéines et de phospholipides et se compose de trois feuilles : - Un feuillet médian constitué de lipides et de phospholipides - Les deux autres étant constitués de protéines Cytoplasme - Hydrogel à pH voisin de 5, - contient des enzymes notamment celles de la glycolyse et de fermentation alcoolique, - glycogène et des organites équivalentes à ceux des cellules eucaryotes comme : - Ribosomes - Reticulum endoplasmiques - Mitochondries (environ 50 par cellules) Et contenant leurs propres ADN et ARN 68 Noyau : très petit est en général unique. on dénombre 17 chromosomes et on identifier 200 gènes, chez Saccharomyces cerevisiae. La structure de ces chromosomes est semblable à celle des autres eucaryotes avec un enroulement de l’ADN 69 figure 4: Structure membranaire des levures. 70 M : mitochondrie, Vac : vacuole, L : corps lipidiques, BS : cicatrice de bourgeonnement, ER : reticulum endoplasmique, N : noyau, W : paroi, G : Golgi, V : vésicule Figure 5 : division d’une levure par bourgeonnement 71 Reproduction Elles se reproduisent soit : - Mode asexué par bourgeonnement et division transverse, - Mode sexué par formation de spores. 72 Figure 5: Reproduction d’une levure. a : multiplication végétative asexuée; b : cycle sexué. 73 Moisissures Champignons fila­menteux hétérotrophes : - certains vivent en symbiose avec des végétaux, - d’autres sont des parasites des végétaux ou des animaux, - d’autres encore sont des saprophytes qui se développent sur des déchets organiques ou contaminent les produits alimentaires. Ils sont souvent dotés de : - propriétés lytiques importantes (cellulolytiques, pectinolytiques. amylolytiques, protéolytiques, lipolytiques...) qui en font des agents de dégradation dange­reux mais aussi parfois des - alliés utiles (affi­nage des fromages, production d’enzymes). 74 Les champignons filamenteux : - Interviennent dans les industries alimentaires à plusieurs niveaux. - Phytopathogène : très néfastes pour la production des matières alimentaires brutes ( fruits et légumes). - Saprophytes : contaminent les aliments et les dégradent au point de vue qualitatif. - Toxinogènes : libèrent dans l’aliment des mycotoxines qui représen­tent un grave danger de point de vue sanitaire - Utilisés dans : - Agricul­ture : (pourriture « noble » des raisins du Sau­ternes par Botrytis) - Industrie : pro­duits laitiers (fromages), productions de molécules à activité pharmacologique (anti­biotiques), d’enzymes industrielles 75 Les champignons filamenteux sont : - eucaryotes non photosynthétiques et immo­biles. - multicellulaires mais la notion de cellule est assez floue car leur structure est souvent mycélienne et coenocytique (cellules fusionnées à plusieurs noyaux). La paroi cellulaire (responsable de la forme) est riche en : - cellulose ou en chitine selon les groupes, - cel­lulose chez les myxomycètes, Saprolegniales et Peronosporales, - chitine chez les Mucorales, Ascomycètes et Basidiomycètes. - Sub­stances mucilagineuses en proportion variable, des polysaccharides, des substances pectiques, des protéines, des pigments et de l'hémicellulose. 76 - Cytoplasme : limité par une membrane cytoplasmique, contient des : vacuoles, un ou plusieurs noyaux, ribosomes, mitochondries, ergastoplasme - Vacuole : forme un réseau dans le mycélium jeune et une grande zone centrale dans le mycélium âgé. Les réserves sont sous forme de : - tréhalose - glycogène. - inclusions lipidiques avec des lipochromes solubles; - tannins et des cristaux d’oxalate de calcium. - Noyau : - petite taille; - Limités par une membrane nucléaire - contiennent plusieurs chromosomes. 77 Reproduction - Asexuée chez les mycètes consiste souvent en la production de type spécifique de spores. - Sexuée se fait par fusion d’hyphes des souches de sexes différents. Chez : - certains mycètes, les noyaux des hyphes fusionnés se combinent immédiatement pour former le zygote. - d’autres, les deux noyaux génétiquement distincts restent séparés, formant des paires qui se divisent de façon synchrone et finalement certains de ces noyaux fusionnent. 78 Figure 6 : Reproduction d’une moisissure. a : cycle asexuée; b : cycle sexué. 79