1.1 : Ce que savaient nos ancêtres

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Objectifs d'apprentissage

Décrivez comment nos ancêtres ont amélioré la nourriture grâce à l'utilisation de microbes invisibles
Décrivez comment les causes des maladies étaient expliquées dans l'Antiquité, avant l'invention du microscope
Décrire les principaux événements historiques associés à la naissance de la microbiologie

Orientation clinique : 1ère partie

Cora, avocate de 41 ans et mère de deux enfants, a récemment souffert de graves maux de tête, d'une forte fièvre et d'une raideur de la nuque. Son mari, qui a accompagné Cora pour consulter un médecin, rapporte que Cora semble parfois confuse et exceptionnellement somnolente. Sur la base de ces symptômes, le médecin soupçonne Cora d'être atteinte d'une méningite, une infection potentiellement mortelle des tissus entourant le cerveau et la moelle épinière.

La méningite peut avoir plusieurs causes. Elle peut être provoquée par des bactéries, des champignons, des virus ou même une réaction à des médicaments ou une exposition à des métaux lourds. Bien que les personnes atteintes de méningite virale guérissent généralement d'elles-mêmes, les méningites bactériennes et fongiques sont très graves et nécessitent un traitement.

La figure a est un dessin d'une personne allongée sur le côté, le dos visible. Un dessin superposé montre l'emplacement de la colonne vertébrale avec une flèche pointant entre deux vertèbres dans le bas du dos. La figure b est une photographie d'un tube à essai recouvert contenant un liquide transparent — Figure\(\PageIndex{1}\) : (a) Une ponction lombaire est utilisée pour prélever un échantillon du liquide céphalo-rachidien (LCR) d'un patient à des fins d'analyse. Une aiguille est insérée entre deux vertèbres du bas du dos, appelées région lombaire. (b) Le LCR doit être clair, comme dans cet échantillon. Un liquide céphalorachidien anormalement trouble peut indiquer une infection mais doit faire l'objet de tests supplémentaires pour confirmer la présence de microorganismes. (crédit b : modification d'une œuvre de James Heilman)

Le médecin de Cora ordonne une ponction lombaire (ponction lombaire) pour prélever trois échantillons de liquide céphalo-rachidien (LCR) autour de la moelle épinière (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les échantillons seront envoyés aux laboratoires de trois départements différents pour des tests : chimie clinique, microbiologie et hématologie. Les échantillons seront d'abord examinés visuellement pour déterminer si le LCR est anormalement coloré ou trouble ; ensuite, le LCR sera examiné au microscope pour voir s'il contient un nombre normal de globules rouges et blancs et pour vérifier la présence de tout type de cellules anormales. Dans le laboratoire de microbiologie, l'échantillon sera centrifugé pour concentrer toutes les cellules présentes dans un sédiment ; ce sédiment sera étalé sur une lame et coloré avec une coloration de Gram. La coloration au Gram est une procédure utilisée pour différencier deux types de bactéries (gram-positives et gram-négatives).

Environ 80 % des patients atteints de méningite bactérienne présenteront une bactérie dans leur LCR tachée de Gram. ¹ La coloration de Cora's Gram n'a révélé aucune bactérie, mais son médecin décide de lui prescrire des antibiotiques au cas où. Une partie de l'échantillon de LCR sera cultivée et placée dans des boîtes spéciales pour voir si des bactéries ou des champignons peuvent se développer. La plupart des microorganismes mettent un certain temps à se reproduire en quantité suffisante pour être détectés et analysés.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Quels types de microorganismes seraient tués par un traitement antibiotique ?

La plupart des gens d'aujourd'hui, même ceux qui connaissent très peu la microbiologie, connaissent le concept de microbes, ou « germes », et leur rôle dans la santé humaine. Les écoliers découvrent les bactéries, les virus et autres microorganismes, et nombre d'entre eux observent même des échantillons au microscope. Mais il y a quelques centaines d'années, avant l'invention du microscope, l'existence de nombreux types de microbes était impossible à prouver. Par définition, les microorganismes, ou microbes, sont de très petits organismes ; de nombreux types de microbes sont trop petits pour être vus sans microscope, bien que certains parasites et champignons soient visibles à l'œil nu.

Les humains vivent avec et utilisent des microorganismes depuis bien plus longtemps qu'ils n'ont pu les voir. Les preuves historiques suggèrent que les humains ont une certaine notion de la vie microbienne depuis la préhistoire et qu'ils ont utilisé ces connaissances pour développer des aliments ainsi que pour prévenir et traiter les maladies. Dans cette section, nous explorerons certaines des applications historiques de la microbiologie ainsi que les débuts de la microbiologie en tant que science.

Aliments et boissons fermentés

Les gens du monde entier ont apprécié les aliments et les boissons fermentés tels que la bière, le vin, le pain, le yogourt, le fromage et les légumes marinés tout au long de l'histoire. Les découvertes de plusieurs sites archéologiques suggèrent que même les peuples préhistoriques ont profité de la fermentation pour préserver et améliorer le goût des aliments. Des archéologues qui étudient des pots de poterie dans un village néolithique en Chine ont découvert que les gens fabriquaient une boisson fermentée à partir de riz, de miel et de fruits dès 7000 avant JC. ²

La production de ces aliments et boissons nécessite une fermentation microbienne, un processus qui utilise des bactéries, des moisissures ou des levures pour convertir les sucres (glucides) en alcool, en gaz et en acides organiques (Figure\(\PageIndex{2}\)). Bien qu'il soit probable que les gens aient découvert la fermentation pour la première fois par accident, peut-être en buvant du vieux lait caillé ou du vieux jus de raisin qui avait fermenté, ils ont ensuite appris à exploiter le pouvoir de la fermentation pour fabriquer des produits tels que du pain, du fromage et du vin.

La figure de gauche montre des cellules ovales avec des cellules ovales plus petites qui bourgeonnent à partir des cellules plus grandes. Une flèche pointe vers un bocal Mason contenant un liquide épais à la texture crémeuse. Une autre flèche pointe vers une miche de pain. — Figure\(\PageIndex{2}\) : Vue microscopique de *Saccharomyces cerevisiae*, la levure responsable de la levée du pain (à gauche). La levure est un microorganisme. Ses cellules métabolisent les glucides contenus dans la farine (au centre) et produisent du dioxyde de carbone, ce qui fait lever le pain (à droite). (crédit au milieu : modification de l'œuvre par Janus Sandsgaard ; droit de crédit : modification de l'œuvre par « Mdreibelbis » /Flickr)

Le traité Iceman

Les humains préhistoriques avaient une compréhension très limitée des causes des maladies, et différentes cultures ont développé des croyances et des explications différentes. Alors que beaucoup croyaient que la maladie était une punition pour avoir irrité les dieux ou qu'elle était simplement le résultat du destin, des preuves archéologiques suggèrent que les peuples préhistoriques ont essayé de traiter les maladies et les infections. Ötzi l'homme des glaces, une momie de 5300 ans trouvée gelée dans la glace des Alpes d'Ötzal, à la frontière austro-italienne, en 1991, en est un exemple. Comme Ötzi était si bien préservé par la glace, les chercheurs ont découvert qu'il était infecté par les œufs du parasite Trichuris trichiura, ce qui pourrait lui avoir causé des douleurs abdominales et une anémie. Les chercheurs ont également découvert des preuves de la présence de Borrelia burgdorferi, une bactérie responsable de la maladie de Lyme. ³ Certains chercheurs pensent qu'Ötzi essayait de traiter ses infections par le fruit ligneux du champignon Piptoporus betulinus, découvert lié à ses affaires. ⁴ Ce champignon possède des propriétés à la fois laxatives et antibiotiques. Ötzi était également couvert de tatouages réalisés en découpant des incisions dans sa peau, en les remplissant d'herbes, puis en les brûlant. ⁵ Certains pensent qu'il s'agissait peut-être d'une autre tentative pour traiter ses problèmes de santé.

Notions précoces de maladie, de contagion et de confinement

Plusieurs civilisations anciennes semblent avoir compris que les maladies pouvaient être transmises par des choses qu'elles ne pouvaient pas voir. Cela est particulièrement évident dans les tentatives historiques visant à contenir la propagation des maladies. Par exemple, la Bible fait référence à la pratique consistant à mettre en quarantaine les personnes atteintes de la lèpre et d'autres maladies, suggérant que les gens ont compris que les maladies peuvent être transmissibles. Paradoxalement, si la lèpre est contagieuse, c'est aussi une maladie qui progresse lentement. Cela signifie que des personnes ont probablement été mises en quarantaine alors qu'elles avaient déjà transmis la maladie à d'autres personnes.

Les Grecs de l'Antiquité attribuaient la maladie au mauvais air, à la malaria, qu'ils appelaient « odeurs miasmatiques ». Ils ont développé des pratiques d'hygiène qui se sont appuyées sur cette idée. Les Romains ont également cru à l'hypothèse des miasmes et ont créé une infrastructure d'assainissement complexe pour traiter les eaux usées. À Rome, ils ont construit des aqueducs, qui acheminaient de l'eau douce dans la ville, et un égout géant, le Cloaca Maxima, qui emportait les déchets vers le Tibre (Figure\(\PageIndex{3}\)). Certains chercheurs pensent que cette infrastructure a contribué à protéger les Romains contre les épidémies de maladies d'origine hydrique.

La figure a est une carte d'une ville contenant un stade, un forum et d'autres structures. Une ligne rouge traverse le centre de la ville. La figure b est une photographie d'un coin d'une pièce. Il y a un creux entre les murs et le sol. Ce bac est recouvert de bancs en pierre qui présentent de grands trous (comme pour les toilettes) dans le banc. Les trous s'étendent sur le dessus et l'avant du banc. Six trous sont visibles dans le banc qui longe un côté de l'image et deux autres dans le banc de l'autre côté. L'image ne montre pas la pièce entière, il y a donc probablement plus de places disponibles dans cette pièce. — Figure\(\PageIndex{3}\) : (a) Le *Cloaca Maxima*, ou « plus grand égout » (illustré en rouge), traversait la Rome antique. C'était une merveille d'ingénierie qui transportait les déchets de la ville vers le Tibre. (b) Ces anciennes latrines se déversaient dans la *Cloaca Maxima*.

Même avant l'invention du microscope, certains médecins, philosophes et scientifiques ont fait de grands progrès dans la compréhension des forces invisibles, que nous appelons aujourd'hui microbes, qui peuvent provoquer des infections, des maladies et la mort.

Le médecin grec Hippocrate (460—370 av. J.-C.) est considéré comme le « père de la médecine occidentale » (Figure\(\PageIndex{4a}\)). Contrairement à beaucoup de ses ancêtres et contemporains, il a rejeté l'idée que les maladies étaient causées par des forces surnaturelles. Il a plutôt avancé que les maladies avaient des causes naturelles propres aux patients ou à leur environnement. Hippocrate et ses héritiers auraient écrit le Corpus d'Hippocrate, un recueil de textes qui constituent certains des plus anciens livres médicaux encore en vie. ⁶ Hippocrate est également souvent considéré comme l'auteur du serment d'Hippocrate, prêté par les nouveaux médecins pour s'engager à diagnostiquer et à traiter les patients sans causer de dommages.

Alors qu'Hippocrate est considéré comme le père de la médecine occidentale, le philosophe et historien grec Thucydide (460—395 av. J.-C.) est considéré comme le père de l'histoire scientifique parce qu'il a plaidé pour une analyse fondée sur des preuves du raisonnement de cause à effet (Figure\(\PageIndex{4b}\)). Parmi ses contributions les plus importantes figurent ses observations concernant la peste athénienne qui a tué un tiers de la population d'Athènes entre 430 et 410 avant JC. Ayant lui-même survécu à l'épidémie, Thucydide a fait le constat important que les survivants n'étaient pas réinfectés par la maladie, même lorsqu'ils s'occupaient de personnes activement malades. ⁷ Cette observation montre une compréhension précoce du concept d'immunité.

Marcus Terentius Varro (116—27 av. J.-C.) était un écrivain romain prolifique qui a été l'un des premiers à proposer l'idée que les choses que nous ne pouvons pas voir (ce que nous appelons aujourd'hui des microorganismes) peuvent provoquer des maladies (Figure\(\PageIndex{4c}\)). Dans Res Rusticae (On Farming), publié en 36 av. J.-C., il a déclaré que « des précautions doivent également être prises dans les marécages de quartier... parce que certaines créatures minuscules [animalia minuta] y poussent et ne peuvent être vues à l'œil nu, qui flottent dans l'air et pénètrent dans le corps par le la bouche et le nez et y provoquent de graves maladies. » ⁸

La figure a est un dessin d'un buste d'Hippocrate. La figure b est une photo d'une sculpture représentant la tête de Thucydide. La figure c est une photo d'une sculpture de Marcus Terentius Varro. — Figure\(\PageIndex{4}\) : (a) Hippocrate, le « père de la médecine occidentale », croyait que les maladies avaient des causes naturelles et non surnaturelles. (b) L'historien Thucydide a observé que les survivants de la peste athénienne étaient ensuite immunisés contre l'infection. (c) Marcus Terentius Varro a proposé que la maladie puisse être causée par « certaines créatures minuscules... qui ne sont pas visibles à l'œil nu ». (crédit c : modification d'une œuvre d'Alessandro Antonelli)

Exercice\(\PageIndex{2}\)

Donnez deux exemples d'aliments qui ont toujours été produits par les humains à l'aide de microbes.
Expliquez comment la compréhension historique de la maladie a contribué aux tentatives de traitement et de maîtrise de la maladie.

La naissance de la microbiologie

Bien que les anciens aient soupçonné l'existence de « minuscules créatures » invisibles, ce n'est qu'avec l'invention du microscope que leur existence a été définitivement confirmée. Bien que l'on ne sache pas exactement qui a inventé le microscope, un marchand de tissus néerlandais du nom d'Antonie van Leeuwenhoek (1632—1723) a été le premier à développer une lentille suffisamment puissante pour observer les microbes. En 1675, à l'aide d'un microscope simple mais puissant, Leeuwenhoek a pu observer des organismes unicellulaires, qu'il a décrits comme des « animalcules » ou des « petites bêtes », nageant dans une goutte d'eau de pluie. Grâce à ses dessins de ces petits organismes, nous savons maintenant qu'il observait des bactéries et des protistes. (Nous explorerons plus en détail les contributions de Leeuwenhoek à la microscopie dans le chapitre 2 : Comment voyons-nous le monde invisible.)

Près de 200 ans après que Van Leeuwenhoek ait découvert des microbes pour la première fois, « l'âge d'or de la microbiologie » a donné lieu à de nombreuses nouvelles découvertes entre 1857 et 1914. Deux microbiologistes de renom, Louis Pasteur et Robert Koch, se sont particulièrement attachés à approfondir notre compréhension du monde invisible des microbes (Figure\(\PageIndex{5}\)). Pasteur, un chimiste français, a montré que les différentes souches microbiennes possédaient des propriétés uniques et a démontré que la fermentation est causée par des microorganismes. Il a également inventé la pasteurisation, un procédé utilisé pour tuer les microorganismes responsables de la détérioration, et a développé des vaccins pour le traitement de maladies, dont la rage, chez les animaux et les humains. Koch, un médecin allemand, a été le premier à démontrer le lien entre un microbe isolé et une maladie humaine connue. Par exemple, il a découvert les bactéries responsables de l'anthrax (Bacillus anthracis), du choléra (Vibrio cholera) et de la tuberculose (Mycobacterium tuberculosis). ⁹ Nous parlerons de ces célèbres microbiologistes et d'autres dans les chapitres suivants.

La figure a est un dessin de Louis Pasteur dans son laboratoire. La figure b est une photographie de Robert Koch. — Figure\(\PageIndex{5}\) : (a) Louis Pasteur (1822-1895) est reconnu pour de nombreuses innovations qui ont fait progresser les domaines de la microbiologie et de l'immunologie. (b) Robert Koch (1843—1910) a identifié les microbes spécifiques responsables de l'anthrax, du choléra et de la tuberculose.

Au fur et à mesure que la microbiologie s'est développée, elle a permis à la discipline plus large de la biologie de se développer et de s'épanouir de manière inédite. Une grande partie de ce que nous savons des cellules humaines provient de notre compréhension des microbes, et bon nombre des outils que nous utilisons aujourd'hui pour étudier les cellules et leur génétique proviennent de travaux sur des microbes.

Exercice\(\PageIndex{3}\)

Comment la découverte de microbes a-t-elle changé la compréhension humaine de la maladie ?

Boîte à outils de microbiologie

Étant donné que les microbes individuels sont généralement trop petits pour être vus à l'œil nu, la science de la microbiologie dépend d'une technologie capable d'améliorer artificiellement la capacité de nos sens naturels de perception. Les premiers microbiologistes tels que Pasteur et Koch disposaient de moins d'outils que ceux que l'on trouve dans les laboratoires modernes, ce qui a rendu leurs découvertes et leurs innovations encore plus impressionnantes. Les chapitres suivants de ce texte exploreront en profondeur de nombreuses applications de la technologie, mais pour l'instant, voici un bref aperçu de certains des outils fondamentaux du laboratoire de microbiologie.

Les microscopes produisent des images agrandies de microorganismes, de cellules et de tissus humains et de nombreux autres types d'échantillons trop petits pour être observés à l'œil nu.
Les taches et les colorants sont utilisés pour colorer les microbes afin qu'ils puissent être mieux observés au microscope. Certains colorants peuvent être utilisés sur des microbes vivants, tandis que d'autres nécessitent que les échantillons soient fixés avec des produits chimiques ou de la chaleur avant de les colorer. Certaines taches n'agissent que sur certains types de microbes en raison des différences dans leur composition chimique cellulaire.
Les milieux de croissance sont utilisés pour faire pousser des microorganismes en laboratoire. Certains milieux sont des liquides, d'autres sont plus solides ou semblables à des gels. Un milieu de croissance fournit des nutriments, notamment de l'eau, divers sels, une source de carbone (comme le glucose) et une source d'azote et d'acides aminés (comme l'extrait de levure) afin que les microorganismes puissent se développer et se reproduire. Les ingrédients d'un milieu de croissance peuvent être modifiés pour développer des types uniques de microorganismes.
Une boîte de Pétri est une boîte à couvercle plat qui mesure généralement 10 à 11 centimètres (cm) de diamètre et 1 à 1,5 cm de haut. Des boîtes de Petri en plastique ou en verre sont utilisées pour contenir les milieux de croissance (Figure\(\PageIndex{6}\)).
Les tubes à essai sont des tubes cylindriques en plastique ou en verre à fond arrondi et à dessus ouvert. Ils peuvent être utilisés pour faire pousser des microbes dans du bouillon ou dans des milieux de croissance semi-solides ou solides.
Un brûleur Bunsen est un appareil métallique qui crée une flamme qui peut être utilisée pour stériliser des équipements. Un tube en caoutchouc transporte le gaz (combustible) vers le brûleur. Dans de nombreux laboratoires, les brûleurs Bunsen sont progressivement abandonnés au profit de microincinérateurs infrarouges, qui ont un objectif similaire sans les risques de sécurité liés à une flamme nue.
Une boucle d'inoculation est un outil portatif qui se termine par une petite boucle métallique (Figure\(\PageIndex{6}\)). La boucle peut être utilisée pour étaler des microorganismes sur de la gélose dans une boîte de Pétri ou pour les transférer d'un tube à essai à un autre. Avant chaque utilisation, la boucle d'inoculation doit être stérilisée afin que les cultures ne soient pas contaminées.

La figure a est une photographie d'un disque rond strié de lignes. Les lignes les plus épaisses vont et viennent le long d'une zone s'étendant sur un cinquième de la plaque. Le cinquième suivant de la plaque comporte également des lignes épaisses. Le cinquième suivant de la plaque présente des lignes plus fines faites de petits points. Le dernier cinquième du pâté ne comporte que de gros points. La figure b montre une main tenant une tige métallique ayant le diamètre d'un bâtonnet de bretzel ; un fil métallique épais qui forme une boucle à son extrémité fait saillie. — Figure\(\PageIndex{6}\) : (a) Cette boîte de Pétri remplie d'agar-agar a été striée de *Legionella*, la bactérie responsable de la maladie des légionnaires. (b) Une boucle d'inoculation comme celle-ci peut être utilisée pour étaler des bactéries sur de la gélose dans une boîte de Pétri. (crédit a : modification des travaux des Centers for Disease Control and Prevention ; crédit b : modification des travaux de Jeffrey M. Vinocur)

Concepts clés et résumé

Les microorganismes (ou microbes) sont des organismes vivants qui sont généralement trop petits pour être vus sans microscope.
Tout au long de l'histoire, les humains ont utilisé des microbes pour fabriquer des aliments fermentés tels que la bière, le pain, le fromage et le vin.
Bien avant l'invention du microscope, certaines personnes pensaient que les infections et les maladies se transmettaient par des êtres vivants trop petits pour être vus. Ils ont également correctement compris certains principes concernant la propagation des maladies et l'immunité.
Antonie van Leeuwenhoek, à l'aide d'un microscope, a été le premier à décrire réellement des observations de bactéries, en 1675.
Au cours de l'âge d'or de la microbiologie (1857-1914), des microbiologistes, dont Louis Pasteur et Robert Koch, ont découvert de nombreux nouveaux liens entre les domaines de la microbiologie et de la médecine.

Notes

1 Rebecca Buxton. « Examen des taches de gramme dans le liquide céphalo-rachidien : méningite bactérienne. » Société américaine de microbiologie. 2007. www.microbelibrary.org/librar... ial-meningitis
2 P.E. McGovern et coll. « Boissons fermentées de la Chine préhistorique et protohistorique. » Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique 1 n° 51 (2004) :17593—17598. doi:10.1073/pnas.0407921102.
3 A. Keller et coll. « De nouvelles informations sur l'origine et le phénotype de l'homme des glaces du Tyrol, déduits par le séquençage du génome entier. » Nature Communications, 3 (2012) : 698. doi:10.1038/ncomms1701.
4 L. Capasso. « Il y a 5300 ans, l'homme des glaces utilisait des laxatifs naturels et des antibiotiques. » The Lancet, 352 (1998) 9143 : 1864. doi : 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
5 L. Capasso, L. « Il y a 5300 ans, l'homme des glaces utilisait des laxatifs naturels et des antibiotiques. » The Lancet, 352 n° 9143 (1998) : 1864. doi : 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
6 G. Pappas et coll. « Aperçu des maladies infectieuses à l'ère d'Hippocrate. » Journal international des maladies infectieuses 12 (2008) 4:347 —350. doi : http://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2007.11.003.
7 Thucydide. L'histoire de la guerre du Péloponnèse. Le deuxième livre. 431 av. J.-C. Traduit par Richard Crawley. http://classics.mit.edu/Thucydides/p....2.second.html.
8 Plinio Prioreschi. Une histoire de la médecine : la médecine romaine. Lewiston, New York : Edwin Mellen Press, 1998 : p. 215.
9 S. M. Blevins et M. S. Bronze. « Robert Koch et « l'âge d'or » de la bactériologie. » Journal international des maladies infectieuses. 14 n° 9 (2010) : e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.

Lexique

microbe: en général, un organisme trop petit pour être observé sans microscope ; également connu sous le nom de microorganisme

micro-organisme: en général, un organisme trop petit pour être observé sans microscope ; également connu sous le nom de microbe