9 : Croissance microbienne
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Nous connaissons tous la couche visqueuse qui se trouve à la surface d'un étang ou qui rend les rochers glissants. Ce sont des exemples de biofilms, c'est-à-dire de microorganismes intégrés dans de fines couches de matériau matriciel (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les biofilms ont longtemps été considérés comme des assemblages aléatoires de cellules et n'ont guère retenu l'attention des chercheurs. Récemment, les progrès de la visualisation et des méthodes biochimiques ont révélé que les biofilms sont un écosystème organisé au sein duquel de nombreuses cellules, généralement de différentes espèces de bactéries, de champignons et d'algues, interagissent par le biais de la signalisation cellulaire et de réponses coordonnées. Le biofilm fournit un environnement protégé dans des conditions difficiles et favorise la colonisation par des microorganismes. Les biofilms ont également une importance clinique. Ils se forment sur les dispositifs médicaux, résistent au nettoyage et à la stérilisation de routine et provoquent des infections nosocomiales. Dans l'organisme, des biofilms se forment sur les dents sous forme de plaque dentaire, dans les poumons des patients atteints de mucoviscidose et sur le tissu cardiaque des patients atteints d'endocardite. La couche visqueuse aide à protéger les cellules contre les défenses immunitaires de l'hôte et les traitements antibiotiques.
L'étude des biofilms nécessite de nouvelles approches. En raison des propriétés d'adhérence des cellules, bon nombre des méthodes de culture et de comptage des cellules qui sont explorées dans ce chapitre ne sont pas faciles à appliquer aux biofilms. C'est le début d'une nouvelle ère de défis et de connaissances enrichissantes sur la façon dont les microorganismes se développent et prospèrent dans la nature.
- 9.1 : Comment se développent les microbes
- Le cycle cellulaire bactérien implique la formation de nouvelles cellules par la réplication de l'ADN et la division des composants cellulaires en deux cellules filles. Chez les procaryotes, la reproduction est toujours asexuée, bien qu'une recombinaison génétique importante sous forme de transfert horizontal de gènes ait lieu, comme cela sera exploré dans un autre chapitre. La plupart des bactéries possèdent un seul chromosome circulaire, mais il existe quelques exceptions.
- 9.2 : Besoins en oxygène pour la croissance des
- Demandez à la plupart des gens : « Quelles sont les principales exigences de la vie ? » et les réponses incluront probablement l'eau et l'oxygène. Peu de gens contesteraient les besoins en eau, mais qu'en est-il de l'oxygène ? Peut-il y avoir de la vie sans oxygène ? La réponse est que l'oxygène moléculaire n'est pas toujours nécessaire. Les premiers signes de vie datent d'une période où les conditions sur Terre étaient très réductrices et où l'oxygène libre était pratiquement inexistant.
- 9.3 : Les effets du pH sur la croissance microbienne
- Les bactéries sont généralement des neutrophiles. Elles poussent mieux à un pH neutre proche de 7,0. Les acidophiles se développent de manière optimale à un pH proche de 3,0. Les alcaliphiles sont des organismes qui se développent de manière optimale entre un pH de 8 et 10,5. Les acidophiles et les alcaliphiles extrêmes se développent lentement ou pas du tout à proximité d'un pH neutre. Les microorganismes se développent mieux à leur pH de croissance optimal. La croissance se produit lentement ou pas du tout en dessous du pH de croissance minimum et au-dessus du pH de croissance maximal.
- 9.4 : Température et croissance microbienne
- Les microorganismes prospèrent dans une large gamme de températures ; ils ont colonisé différents environnements naturels et se sont adaptés à des températures extrêmes. Les températures extrêmement froides et chaudes nécessitent des ajustements évolutifs des macromolécules et des processus biologiques. Les psychrophiles se développent mieux à des températures comprises entre 0 et 15 °C, alors que les psychrotrophes se développent entre 4 °C et 25 °C. Les mésophiles se développent mieux à des températures modérées comprises entre 20 °C et environ 45 °C. Les agents pathogènes sont généralement des mésophiles.
- 9.5 : Autres conditions environnementales qui influent sur la croissance
- Les microorganismes interagissent avec leur environnement dans des domaines autres que le pH, la température et les niveaux d'oxygène libre, bien que ces facteurs nécessitent des adaptations importantes. Nous trouvons également des microorganismes adaptés à différents niveaux de salinité, de pression barométrique, d'humidité et de lumière.
- 9.6 : Milieux utilisés pour la croissance bactérienne
- L'étude des microorganismes est grandement facilitée si nous sommes capables de les cultiver, c'est-à-dire de maintenir en vie des populations reproductrices dans des conditions de laboratoire. La culture de nombreux microorganismes est un défi en raison des exigences nutritionnelles et environnementales très spécifiques et de la diversité de ces exigences entre les différentes espèces.
Vignette : Les fortes pluies entraînent le ruissellement d'engrais dans le lac Érié, déclenchant d'importantes efflorescences algales, que l'on peut observer le long du rivage. Remarquez les terres agricoles brunes non plantées et vertes sur le rivage. (crédit : NASA)