CM1 Les MicroOrganismes.pdf

PRESENTATION DES MICROORGANISMES I) Propriétés générales a. Découverte En 1670 : Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) invente le microscope (grossissement ~ 300 fois). Il observe de la salive, des infusions de maïs, de l’eau, du sperme… Il y...

PRESENTATION DES MICROORGANISMES I) Propriétés générales a. Découverte En 1670 : Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) invente le microscope (grossissement ~ 300 fois). Il observe de la salive, des infusions de maïs, de l’eau, du sperme… Il y découvre des « êtres vivants » invisibles à l’œil nu et mobiles dans certains cas : les animalcules b. Définition : qu’est-ce que la microbiologie ? La microbiologie est la science qui étudie les « microorganismes » ; êtres vivants invisibles à l ’œil nu : cad de taille inférieure à 0,1 mm. - Ils peuvent être unicellulaires ou multicellulaires Taille des bactéries = 1μm. Il y un rapport de 106 Une grande diversité est mise en évidence Louis Pasteur (1822-1895) s’appuyant sur de nombreux travaux, démontre que la transformation des sucres en alcool et des alcools en acide est réalisée par des microorganismes (1857-1867) ➔ FERMENTATION, PASTEURISATION ➔ Les Microorganismes sont vivants et agissent sur l’environnement ! c. Origine des microorganismes Pasteur va réfuter la théorie de la génération spontanée Théorie de la génération spontanée : « Les êtres vivants peuvent se former spontanément à partir de matière organique inanimée et d’air frais » Le débat sur la génération spontanée (GS) : Aucun micro-organisme n’est présent dans un milieu de culture sans y avoir été amené par des parents semblables à lui Une cellule vivante ne peut-être engendrée que par une cellule vivante préexistante Malgré leur petite taille = moitié de la biomasse totale. Comment expliquer ce paradoxe ? II) La Diversité Les microorganismes représentent la moitié de la biomasse totale, malgré leur petite taille. Cela s’explique par leur diversité : mycètes (champignons unicellulaires/levures), bactéries, archées, virus, protozoaires, microalgues Les virus sont vivants mais pas être-vivant a. Les eucaryotes et les procaryotes Eucaryotes : matériel nucléaire est enfermé dans une membrane Procaryotes : matériel nucléaire est dans le cytosol donc pas de noyau chez bactéries et archées Les virus qui infectent spécifiquement les procaryotes : les phages, ils reconnaissent le récepteur à la surface et ils injectent leurs ADN ou ARN dans les bactéries et les archées.  b. Les microorganismes sont présents dans les 3 domaines du vivant Les archées sont phylogénétiquement plus proche des eucaryotes que des bactéries. Cela à amener à penser que il y avait un LUCA Arbre basé sur la comparaison des séquences des petites sous unité de l’ARNr des principaux phyla des 3 domaines Plus grande diversité au niveau des bactéries. c. L’évolution des Eucaryotes et des procaryotes C'est grâce aux cyanobactéries et la photosynthèse qui a permis de produire de l'oxygène sur Terre. - Stromatolithes : cyanobactéries qui s’entourent de carbone pour former des roches, il est possible de les dater. III) Distribution a. Présence ubiquitaire On en retrouve partout : dans les abysses (6km en-dessous), dans la stratosphère (50km au-dessus),.. Les cumulus, grêlons sont remplis de bactéries. Certaines bactéries sont essentielles pour la formation de la glace : elles augmentent la température de formation des cristaux : - Normalement, l’eau pure forme de la glace entre -48° et - 10°C - Pseudomonas syringae permet la formation de cristaux de glace à -1°C nucléation de la glace (ice nucleation) o Cela permet aux bactéries d’infecter les plantes en formant de la glace sur les feuilles, ce qui blesse les feuilles o Utilisation de cette bactérie pour faire de la neige artificielle Aérosolisation : évaporation des bactéries normalement sur le sol, les bactéries se retrouvent dans les nuages. Nucléation dans les nuages, accélération des précipitations. Grâce aux précipitations, les bactéries retombent sur les plantes Phyllosphère : présence des bactéries sur les plantes, 106 /10⁷ bactéries/cm² Les microorganismes colonisent les niches écologiques : le sol, l’eau, les abysses, l’atmosphère, les nuages, les minéraux, les régions volcaniques, les cheminées hydrothermales, les eaux extrêmement salées, acides ou alcalines… Certaines niches écologiques avec des conditions extrêmes (Antarctique, eaux sulfureuses chaudes, cheminées hydrothermales, abysses, eaux salées, acides, alcalines), on parle de microorganismes extrêmophiles : Thermophiles : ils se multiplie dans des températures supérieures à 50°C Thermorésistants : survivent à 50°C Thermosensible : meurs à 50°C La bactérie Thermus aquaticus est habituer à vivre dans des eaux très chaude = thermophile. Elle contient une polymérase, la Taq polymérase, qui est aujourd'hui utilisé pour les PCR Sulfolobus acidocaldarius → 1er archée découverte Dans la plupart des environnements, l’homme ne sait cultiver que de 0,1 à 10% des microorganimes présents Ces microorganismes qui colonisent le vivant peuvent être classés en 4 groupes : Transitoires (flore) : ne restent pas sur/dans les EV Commensaux : l'interaction est neutre, : colonisent les organismes sans provoquer de maladies Symbiotes / Mutualismes : font une association bénéfique pour les 2 partenaires Pathogènes : créent maladie La Métagénomique c’est une analyse globale du contenu génétique d’échantillons issus d’environnements naturels complexes, principalement par le séquençage direct de l’ADN Le Microbiote c’est l’ensemble des microorganismes vivant en association stable avec un hôte (avant fibre-microbienne) L’Holobionte c’est l’entité fonctionnelle formée par un hôte + son microbiote Le microbiote dans l’intestin est très important IV) La microbiologie au début du XXème siècle Les plus grandes découvertes ont été faites grâce à des MO : Structure de l ’ADN, Régulation, Enzymes de restrictions, Génie génétique, PCR, Biotechnologies, Transgenèse (OGM), Génomique, Métagénomique Les MO est utilisé dans : L'agroalimentaire, cosmétologie, santé (hormones, antibiotiques,), Probiotiques/Alicaments, Agriculture biologique, Production d’enzymes, Production de matériaux biodégradables, Dépollution, Extraction de minerais Restauration des bâtiments, Nanotechnologies, Production d’énergie  TECHNIQUES UTILISEES EN MICROBIOLOGIE Ces techniques ont pour but De cultiver, d’isoler et d’éliminer les micro-organismes La croissance n'est pas une augmentation de la taille de la cellule. La croissance est une augmentation de l'effectif dans une pop. La croissance ne s'arrête jamais s'il y a plus de place. Objectifs : - En Biotechnologie : pour la production de composés d’intérêt en grande quantité : antibiotiques, hormones, enzymes, glutamate… - En industrie agroalimentaire pour la production de ferments… - En santé publique et vétérinaire pour l’identification d’agent responsable de maladies Quels sont les besoins des microorganismes ? I) La culture ou croissance a. Nutrition et types trophiques Pour la croissance, il faut des nutriments et de l’énergie Les nutriments sont des molécules, source d’éléments chimiques nécessaires à la construction de la cellule. Besoins élémentaires = éléments chimiques qui composent la matière vivante, dont les majeurs sont : C, H, N, O, P, S… Ces besoins sont couverts par des nutriments = molécules organiques ou inorganiques Molécule organique : molécule contenant à la fois du carbone et de l’hydrogène Besoins spécifiques : Ne concernent que certains micro-organismes. Ils sont couverts par les facteurs de croissance Facteur de croissance : molécule organique indispensable que Le microorganisme n’est pas capable de synthétiser à partir des éléments du milieu - Auxotrophes : nécessite un apport de facteur de croissance dans le milieu (organisme ne sais pas les synthétiser) - Prototrophes : ne nécessite pas un apport de facteur de croissance Notion, vocabulaire : ▶ Par rapport à la source de Carbonne : le M-O est incapable d’utiliser le lactose est «Lac −» ▶ Par rapport à un facteur de croissance : le M-O est incapable de synthétiser la lysine est «Lys − » L'énergie : La lumière ou une molécule est source de l’énergie nécessaire à la synthèse des constituants cellulaires Si source d’énergie lumière : phototrophe Si molécule organique : chimiotrophe Autotrophe → Autonome Hétérotrophe → Dépendant de la matière organique pour produire matière orga. b. Conditions et milieux de culture La croissance est possible seulement si toutes les conditions sont favorables : Présence de nutriments, d’une source d’E, d’eau Mais aussi : conditions environnementales favorables. Les conditions les + favorables possibles sont dites optimales ➔ croissance la + rapide possible Selon la température on peut classer les microorganismes Psychrophile : 0/15°C Mésophiles : 15/50°C Thermophiles >50°C La majorité des M-O se dev à pH=7, pour les champignons : pH=6 Certains se développent en conditions salines élevées : halophiles(NaCl) Les M-O les mieux adaptés aux milieux pauvres en eau (pain, confiture…) sont des champignons c. L'O2 Si dans le milieu il y a : Présence d’oxygène : milieu aérobie, aérobiose Absence d’oxygène : milieu anaérobie anaérobiose Pour un être vivant, l’O2 est parfois nécessaire, c.à.d. en cas de respiration aérobie. Il est toujours toxique, à cause de dérivés qui sont de puissants oxydants (anion superoxyde et eau oxygénée). Avant de pouvoir utiliser l’O2, il faut d’abord pouvoir le tolérer  d. Milieux Croissance en milieu liquide : Avantage milieu liquide : production d’une grande quantité de M-O, possible de récupérer et re-suspendre les microorganismes Croissance en milieu solide : utilisation d’agar (algue marine qui est gélifiante) Les milieux synthétiques : Milieux dont on connaît exactement la composition chimique, qualitativement et quantitativement. Les milieux complexes : Milieux contenant des nutriments tels que des extraits de levure, de viande ou de plante. Ils contiennent donc des ingrédients dont la composition chimique est indéterminée. Ce sont essentiellement les protéines qui fournissent aux microorganismes, l’énergie, le carbone, l’azote et le soufre dont ils ont besoin pour leur croissance. Milieux pour cultiver isoler les M-O en routine. Un «peptone» est produite à partir d’un substrat riche en protéine digéré par la pepsine Les molécules sources d’Energie, Carbonne, Azote sont apportées en g/L Les facteurs de croissance sont apportés en mg/L Les sels minéraux sont apportés en concentrations très variables (macro- ou micro-éléments)