9.5 : Autres conditions environnementales qui influent sur la croissance

Objectifs d'apprentissage

• Identifier et décrire différentes catégories de microbes ayant des besoins de croissance spécifiques autres que l'oxygène, le pH et la température, tels qu'une modification de la pression barométrique, de la pression osmotique, de l'humidité et de la lumière
• Donnez au moins un exemple de microorganisme pour chaque catégorie de besoins de 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.

Pression osmotique et barométrique

La plupart des environnements naturels ont tendance à présenter des concentrations de solutés inférieures à celles du cytoplasme de la plupart des microorganismes. Les parois cellulaires rigides protègent les cellules contre l'éclatement dans un environnement dilué. Peu de protection est disponible contre une pression osmotique élevée. Dans ce cas, l'eau, suivant son gradient de concentration, s'écoule hors de la cellule. Cela entraîne une plasmolyse (rétrécissement du protoplasme loin de la paroi cellulaire intacte) et la mort cellulaire. Ce fait explique pourquoi les saumures et la superposition de viande et de poisson dans du sel sont des méthodes ancestrales de conservation des aliments. Les microorganismes appelés halophiles (« amoureux du sel ») ont en fait besoin de fortes concentrations de sel pour se développer. Ces organismes se trouvent dans des environnements marins où les concentrations de sel oscillent à 3,5 %. Des microorganismes halophiles extrêmes, tels que l'algue rouge Dunaliella salina et l'espèce archéologique Halobacterium in Figure\(\PageIndex{1}\), poussent dans des lacs hypersalins tels que le Grand Lac Salé, qui est 3,5 à 8 fois plus salé que l'océan, et la mer Morte, qui est 10 fois plus salée que l'océan.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Photographie prise depuis l'espace du Grand Lac Salé en Utah. La couleur violette est due à la forte densité de l'algue Dunaliella et de l'archéen Halobacterium spp. (crédit : NASA)

Dunaliella spp. neutralise l'énorme pression osmotique de l'environnement grâce à une forte concentration cytoplasmique de glycérol et en pompant activement les ions sels. Halobacterium spp. accumule de grandes concentrations de K ⁺ et d'autres ions dans son cytoplasme. Ses protéines sont conçues pour des concentrations élevées de sel et perdent leur activité à des concentrations de sel inférieures à 1 à 2 M. Bien que la plupart des organismes halotolérants, par exemple les Halomonas spp. dans les marais salés, n'aient pas besoin de fortes concentrations de sel pour leur croissance, ils survivent et se divisent en présence d'une forte teneur en sel . Il n'est pas surprenant que les staphylocoques, les microcoques et les corynébactéries qui colonisent notre peau tolèrent le sel dans leur environnement. Les agents pathogènes halotolérants sont une cause importante de maladies d'origine alimentaire, car ils survivent et se multiplient dans les aliments salés. Par exemple, les bactéries halotolérantes S. aureus, Bacillus cereus et V. cholerae produisent des entérotoxines dangereuses et sont les principales causes d'intoxication alimentaire.

Les microorganismes dépendent de l'eau disponible pour se développer. L'humidité disponible est mesurée sous forme d'activité de l'eau (a _w), qui est le rapport entre la pression de vapeur du milieu d'intérêt et la pression de vapeur de l'eau distillée pure ; par conséquent, le a _w de l'eau est égal à 1,0. Les bactéries ont besoin d'un _w élevé (0,97—0,99), alors que les champignons peuvent tolérer des environnements plus secs ; par exemple, la plage de _w pour la croissance d'Aspergillus spp. est de 0,8 à 0,75. La réduction de la teneur en eau des aliments par séchage, comme dans le cas du jerky, ou par lyophilisation ou en augmentant la pression osmotique, comme dans la saumure et les confitures, sont des méthodes courantes de prévention de la détérioration.

Les microorganismes qui ont besoin d'une pression atmosphérique élevée pour se développer sont appelés barophiles. Les bactéries qui vivent au fond de l'océan doivent être capables de résister à de fortes pressions. Comme il est difficile de récupérer des échantillons intacts et de reproduire de telles conditions de croissance en laboratoire, les caractéristiques de ces microorganismes sont largement inconnues.

Lumière

Les photoautotrophes, tels que les cyanobactéries ou les bactéries soufrées vertes, et les photohétérotrophes, tels que les bactéries violettes non soufrées, dépendent d'une intensité lumineuse suffisante aux longueurs d'onde absorbées par leurs pigments pour croître et se multiplier. L'énergie de la lumière est captée par les pigments et convertie en énergie chimique qui stimule la fixation du carbone et d'autres processus métaboliques. La partie du spectre électromagnétique absorbée par ces organismes est définie comme le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR). Il se situe dans le spectre de lumière visible allant de 400 à 700 nanomètres (nm) et s'étend dans le proche infrarouge pour certaines bactéries photosynthétiques. Un certain nombre de pigments accessoires, tels que la fucoxanthine dans les algues brunes et les phycobilines dans les cyanobactéries, élargissent la gamme de longueurs d'onde utile pour la photosynthèse et compensent les faibles niveaux de lumière disponibles à de plus grandes profondeurs d'eau. D'autres microorganismes, tels que les archées de la classe des halobactéries, utilisent l'énergie lumineuse pour actionner leurs pompes à protons et à sodium. La lumière est absorbée par un complexe protéique pigmentaire appelé bactériorhodopsine, qui est similaire à la rhodopsine, un pigment oculaire. Les bactéries photosynthétiques sont présentes non seulement dans les milieux aquatiques, mais également dans le sol et en symbiose avec les champignons des lichens. La neige particulière de la pastèque est causée par une microalgue Chlamydomonas nivalis, une algue verte riche en un pigment caroténoïde rouge secondaire (astaxanthine) qui donne la teinte rose à la neige où pousse l'algue.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

1. Quels pigments photosynthétiques ont été décrits dans cette section ?
2. Quel est le stress fondamental d'un environnement hypersaliné pour une cellule ?

Concepts clés et résumé

• Les halophiles ont besoin d'une forte concentration de sel dans le milieu, tandis que les organismes halotolérants peuvent croître et se multiplier en présence d'une forte teneur en sel, mais n'en ont pas besoin pour se développer.
• Les agents pathogènes halotolérants sont une source importante de maladies d'origine alimentaire car ils contaminent les aliments conservés dans du sel.
• Les bactéries photosynthétiques dépendent de la lumière visible pour leur énergie.
• La plupart des bactéries, à quelques exceptions près, ont besoin d'une humidité élevée pour se développer.