La croissance des micro organismes¶
I. Introduction¶
Croissance bactérienne : augmentation du nombre de cellules et non pas la taille des cellules comme les eucaryotes.
La reproduction est asexuée, scissiparité ou fission binaire. Il se forme un clone, c'est à dire un ensemble de cellules descendant d'une même cellule mère et génétiquement identiques les unes aux autres. On parle donc de la croissance d'une population.
La croissance des micro organismes est influencée par la nature physique et chimique de son environnement. Ex E.coli G = 12h dans l'intestin mais 20 min dans une culture en laboratoire (disponibilité en nutriment + paramètres physico-chimiques optimaux et constants).
II. Les facteurs physico-chimiques influençant la croissance¶
1. Le concept de la tolérance de Shelford¶
Définition du concept : paramètres physiques non constants -> les micro organismes doivent s'adapter et tolérer des variations importantes de ces paramètres.
2. La température¶
La température est un paramètre important car il n'existe pas de système de régulation de température chez les bactéries (leur température est la même que celle du milieu : poïkilothermes)
Les procaryotes acceptent des températures plus élevés que les eucaryotes. Au dessus de 70°C, il n'y a plus que des procaryotes. Au dessus de 100°C, il n'y a plus que des Archées.
Psychrotrophes : bactéries mésophiles capables de croître à basse température (<5-7°C>); appelés psychrotolérants; colonisent une majorité d'environnements. A distinguer des psychrophiles stricts, capables de croître à 8-15°C et tuées au dessus de 15-20°C.
Les procaryotes sont classés en trois groupes de thermophiles.
- Facultatifs : cultivant à T°C ambiante : mésophile mais tolérant Tmax 50-60°C
- Obligés : ne cultivant pas en dessous de Tmin 40°C, Topt 60-65°C
- Extrêmes : Tmin = 55-65°C, Topt = 80 à 110-115°C, Tmax > 110°C
Présence de molécules antigel dans le cytoplasme pour éviter la formation de cristaux de glace: cryoprotecteurs. Ce sont des glucides solubles et polyols qui abaissent le point de congélation de l'eau.
3. Le pH¶
Ph optimal -> pH extracellulaire de l'habitat ou l'environnement (pH interne doit toujours rester proche de la neutralité pour éviter la destruction des macro molécules acido-(ADN) ou alcali-sensibles (ARN) : homéostasie du pH).
- acidophiles modérés ou stricts : pHoptm < 5,5
- acidophiles extrêmes : pHmax < 3
- neutrophiles : pHopt = 7
- alcalophiles modérés : gamme croissance > 7*
- alcalophiles extrêmes : gamme de croissance comprise entre pH 9 et pH 12
Influence du pH sur la croissance des bactéries :
-
disponibilité au niveau des nutriments :
- ions métalliques (cofacteurs enzymes, formation des complexes insolubles avec d'autres molécules à pH acide (Mg2+) ou a pH basique (Zn2+) et Ca2+)
- nutriments (ionisation -> non disponibles)
-
perméabilité membranaire est affectée (ex : perméases cationiques saturées par H+ en milieu acide -> empêche le transport autres cations indispensables)
-
les réactions enzymatiques (variations de pH -> ralentissement activité enzymatique)
Milieux de culture en laboratoire -> nécessité de tamponner le milieu (pour conserver pH proche neutralité -> K2+HPO4 / KH2PO4).
4. L'activité de l'eau¶
L'eau est indispensable :
- solvant des nutriments assurant ainsi leur transport et leur disponibilité dans le cytoplasme
- agent chimique des différentes réactions du métabolisme (réactions d'hydrolyse)
Pourcentage d'eau n'est pas un bon indicateur dans un milieu/aliment car l'eau peut - être :
- libre (disponible pour les bactéries)
- liée à des solutés (sels, sucres.. non disponibles)
- adsorbée à des surfaces (non disponible)
Il est nécessaire de quantifier l'eau libre = aw (activité de l'eau)
aw = Pression partielle de vapeur d'eau d'une solution ou d'une substance (Pw) / Pression partielle de vapeur d'eau d'une solution d'eau pure à la même température (PwO)
La valeur du paramètre varie de 0 à 1 aw minimal est surtout utilisé en agroalimentaire (définit aw à partir de laquelle les micro organismes se développent altération aliments).
Halophile : se dit de tout micro organismes capable de se développer dans des milieux contenant des concentrations élevées en sel (> 2M )
Xérophile : se dit tout micro organisme susceptible de se développer dans des milieux très secs
Osmophile : se dit tout micro organisme capable de croître dans des milieux présentant des concentrations élevées de substances à pouvoir osmotique c'est à dire milieu très sucré (ex. milieu riche en glucide)
5. La pression osmotique¶
La pression osmotique est relative à la concentration ionique d'un milieu (ou une forte concentration en soluté comme les glucides) et s'exprime en équivalents NaCl. p est inversement proportionnel à aw. En augmentant la pression osmotique interne élevée (concentration interne en composés dissous) par :
- synthèse ou transport de solutés organiques : solutés compatibles ou osmorégulateur
- accumulation de composés inorganiques
6. Le type respiratoire¶
Chimio-organotrophes et uniquement pour eux déterminé à l'aide du milieu VF (glucose et peptones) conditionné en tube et long (tube Prevost) : gradient de O2 le long du tube.
Dérivés toxiques de l'oxygène sont produits lors de
- la respiration anaérobie réduction de O2 en H2O.
- par flavoprotéines, protéines fer-souffre et quinones de chaîne respiratoire
- photo oxydation
Trois types de macromolécules sont sensibles à ces oxydations :
- les lipides membranaires (modifications et coupure d'acides gras) -> désordres dans les systèmes perméases et dans la production d'ATP
- les protéines et les acides aminés (oxydation des groupements thiols)
- les acides nucléiques (création des nombreuses liaisons sur les chaînes de l'ADN) -> létal plutôt que mutagène
Tableau
| type | SOD | catalyse % peroxyde |
|---|---|---|
| a | + | + |
| b | + | + |
| c | + | + |
| d | - | - |
| d | + | - |
| d | - | + |
7. La pression hydrostatique¶
La majorité des micro organismes sont soumis à la pression atmosphérique et ne sont jamais soumis à des variations de pression. Océans, lacs profonds -> pression augmente de 1 atm tous les 10m.
Possibilité de rencontrer lorsque la pression augmente :
- piezotolérants : capables de vivre à la pression atmosphérique normale -> 500 atm
- piezophiles modérés : pression optimale de 400 atm environ
- piezophiles extrêmes : de fortes pressions sont indispensables à leur croissance : jusqu'à 800 à 1000 atm
Piézophiles :
- enzymes modifiées dans leur repliement afin de se fixer à leur substrat
- membrane qui laisse passer librement l'eau en provenance du milieu extérieur -> pression est équilibrée de part et d'autre de la membrane
- acide gras insaturés dans les membranes -> meilleure fluidité et meilleur transport à haute pression
- synthèse de ompH de la famille des porines (protéine canal) modifiées permettant le transport de petites molécules indispensables au métabolisme à haute pression (aucun transport avec porines classiques).