Les Micro-orGanisMes · Les conférences illustrées de diaporama permettent souvent de ﬁ xer, dans l’esprit, des images. Une de ces images m’est restée : une photo au fond

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Gilles Macagno

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Les micro-organismesdominent-iLs Le monde ?

Gilles Macagno

© De Boeck Supérieur s.a., 2012 1re édition rue des Minimes 39, B-1000 Bruxelles

Tous droits réservés pour tous pays.Il est interdit, sauf accord préalable et écrit de l’éditeur, de reproduire (notamment par photocopie) partiellement ou totalement le présent ouvrage, de le stocker dans une banque de données ou de le communiquer au public, sous quelque forme et de quelque manière que ce soit.

Imprimé en Belgique

Dépôt légal :Bibliothèque nationale, Paris : novembre 2012 ISSN 2032-7536Bibliothèque royale de Belgique, Bruxelles : 2012/0074/032 ISBN 978-2-8041-6897-1

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Mise en page : Nord Compo

Dessins de Gilles Macagno

INTRODUCTION

Les conférences illustrées de diaporama permettent souvent de fi xer, dans l’esprit, des images. Une de ces images m’est restée : une photo au fond noir, parsemée de points verts plus ou moins gros, plus ou moins lumineux. Le conférencier, le biolo-giste Patrick Forterre, expliquait que ces points représentaient les micro- organismes de l’eau de mer, les gros étant des bactéries et les plus petits, des virus.

Ce qui frappait, c’était la similitude de l’image avec un ciel constellé d’étoiles, où l’on distingue quelques étoiles très brillantes au milieu d’une myriade d’autres. La comparaison s’arrête là : le monde des micro- organismes est comme une nou-velle galaxie à explorer.

En professant les sciences auprès des jeunes générations, j’explique, quand le programme m’en laisse l’occasion, que les bactéries sont partout, qu’elles sont installées par millions sur tous les objets qui nous entourent. Et mon auditoire de se regarder les mains avec un air de dégoût. C’est que les micro- organismes ont mauvaise presse.

Pourtant, quand on explique le monde vivant, qu’on en décrit le fonction-nement, on ne cesse, souvent sans le vouloir, d’évoquer les micro- organismes : ceux qui recyclent, ceux qui fermentent, ceux qui parasitent. Ils sont partout et ils agissent sur tout. Les spécialistes qui, dès qu’ils les cherchent, n’arrêtent plus d’en trouver de nouveaux, sont eux- mêmes subjugués par leur nombre et leur diversité.

Pourtant, on les connaît très mal. C’est seulement depuis peu que des pro-grammes internationaux ont enfi n été engagés dans cette exploration du monde microbien qui sera certainement plus fructueuse que celle du monde martien !

En faisant ce livre, je propose au lecteur peu familier avec les sujets pointus de la biologie, de faire mieux connaissance avec ces micro- terriens de percevoir la place, énorme, qu’ils occupent dans la biosphère, le rôle, primordial, qu’ils ont eu au cours de l’évolution, l’importance, vitale, qu’ils ont dans notre propre fonction-nement, comme dans celui de tous les autres organismes.

CHAPITRE 1HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE

S MMAIRE

1 L’idée de micro- organisme2 L’invention de la microbiologie

Dans la haute antiquité on utilisait déjà les services des microbes, des levures en particulier, pour produire de la bière (à Babylone, – 6000 av. J.- C.), du pain (Égypte, – 4000 av. J.- C.) ou du vin. Les « ferments » que ces peuples antiques pouvaient ajouter à leurs préparations abritaient de nombreux micro- organismes. Mais qui s’en doutait ? Probablement personne.

1 L’IDÉE DE MICRO- ORGANISMEPour expliquer telle maladie ou telle épidémie, on invoquait en général une cause divine, comportementale ou environnementale. Ainsi, les égyptiens craignaient- ils les excès alimentaires, les vents, les ordures et les vers. La Grèce ancienne invoquait les disputes entre les dieux pour expliquer les épidémies. Cette origine divine fut réfutée par Hippocrate. Pour lui et ses disciples, la cause de la maladie est à cher-cher dans l’environnement, notamment dans les vents. Le vent sec du nord entraî-nerait un affl ux de bile, tandis que le vent chaud et humide du sud provoquerait une surproduction de phlegme, toutes deux étant considérées, dans la médecine ancienne, comme des humeurs néfastes lorsqu’elles sont présentes en excès dans le corps.

Les naturalistes grecs, Aristote en particulier, envisageaient la notion de généra-tion spontanée pour expliquer les grouillements d’animaux observés dans la vase ou dans le cœur des cadavres en putréfaction. Mais il ne semble pas qu’ils aient imaginé, à cette époque, un monde vivant invisible à l’œil nu.

Aristote aurait toutefois envisagé que les maladies pussent être contagieuses par transmission de « germes » invisibles.

6HISTOIRE D’UNE DÉCOUVERTE

Mais voici ce qu’écrivit Lucrèce, en 55 av. J.- C. (De la nature, livre VI) :

« Maintenant, quelle est la cause des maladies et d’où naît soudain cette force malsaine qui sème ses ravages parmi les hommes et les troupeaux ? Je vais le dire. D’abord il existe des germes multiples, je l’ai déjà enseigné, qui sont créateurs de vie ; mais il en est d’autres en grand nombre dans l’air qui sont porteurs de mala-die et de mort. Lorsque le hasard a rassemblé ces derniers et en a infesté le ciel, l’air devient malsain. Et toutes ces maladies, toutes ces épidémies nous arrivent de climats étrangers, comme les nuages et les brouillards à travers le ciel, ou bien elles montent de la terre elle- même, lorsque le sol humide se putréfi e par l’alternance de pluies insolites et d’excessives chaleurs. »

Il avait l’intuition, ne lui manquait plus qu’un moyen de voir ces germes.

Au Moyen Âge, en Europe, on ne s’éloigna guère des théories antiques. En Chine, par contre, on entrevit très tôt des causes « biologiques » à certaines mala-dies : le médecin Ge Hang (281- 341) décrivit de nombreuses maladies infectieuses et montra que la fi èvre fl uviale du Japon était provoquée par la piqûre d’un aoutât (en fait, celui- ci transmet une bactérie provoquant la fi èvre).

Il est possible que les Chinois pratiquassent très tôt, vers le XVIe siècle la « vario-lisation », qui consistait à inoculer par une petite plaie ou les narines le contenu d’une vésicule variolique prélevé sur un malade. Si le micro- organisme injecté n’était pas trop virulent, on pouvait espérer être immunisé.

Au tournant du millénaire, Avicenne (Abd Alla h ibn Sı na , en fait), savant iranien, s’intéressait à la médecine et au fonctionnement du corps. Il émit l’hypothèse que la peste pouvait être transmise par les rats. Mais surtout, il supposait que l’eau ou l’air pouvaient contenir de minuscules organismes pouvant être à l’origine de maladies.

Trois siècles plus tard, Ibn- al- Khatib, philosophe andalou, confronté à une épidé-mie de peste, préconisa l’isolement des malades et la destruction de leurs vêtements. Il pressentait donc la présence de vecteurs contagieux dont il fallait se préserver.

C’est au début du XVIe siècle qu’on trouve dans des ouvrages européens cette idée d’organismes vecteurs de maladie. Notamment sous la plume d’un médecin poète de Vérone, Girolamo Fracastoro qui imagina la théorie des seminaria conti-gioni. Pour lui, ces « semences contagieuses » sont si petites qu’on ne peut les voir. Elles peuvent ainsi facilement passer d’un individu à l’autre par contact direct, par l’air ou par les humeurs – il étudia de près la syphilis (surnommé mal de Naples ou vérole française, selon le côté des Alpes où l’on se trouve) qui faisait des ravages à l’époque. D’après lui, lorsqu’elles pénètrent dans le corps, les seminaria se multi-plient et envahissent un organe.

7L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIE

« Il faut toujours se souvenir que le plus important est de combattre le germe et de s’opposer à la contagion », disait- il, ce qui montre qu’il avait très bien compris les principes de la maladie infectieuse.

Il tenta bien de prouver ses dires par l’observation, malheureusement les moyens optiques de son époque étaient trop rudimentaires pour qu’il puisse obser-ver la moindre seminaria contigioni.

2 L’INVENTION DE LA MICROBIOLOGIELes organismes trop minuscules pour être observés à l’œil nu ne pouvaient être étudiés qu’avec un appareil capable de les grossir suffi samment : le microscope.

C’est dans les ruines de Ninive, en Irak, que l’on a découvert la plus vieille len-tille grossissante connue, faite d’un cristal de quartz soigneusement poli (750 ans av. J.- C.). Les Grecs et les Égyptiens en fabriquaient aussi. Les Romains, quant à eux, utilisaient des sphères remplies d’eau pour allumer des feux (verres ardents). On peut imaginer qu’ils connaissaient l’effet grossissant de ces lentilles.

Il faut pourtant attendre le XIIIe siècle européen pour voir mention des premières véritables lunettes correctrices, portant témoignage d’une maîtrise de l’utilisation des lentilles. Mais ce n’est qu’à la fi n du XVIe, voire au début de XVIIe siècle que l’on peut parler de véritables microscopes.

Parmi les inventeurs potentiels, on cite les lunetiers hollandais Jansen père et fi ls. Ce dernier, Zaccharias, semble s’être attribué l’invention d’un microscope composé (un tube muni de plusieurs lentilles) daté de 1590. Problème, Zaccharias n’avait que deux ans, cette année- là ! Son père peut- être ?

En 1609, Galilée, apprenant que des Hollandais avaient fabriqué des instruments permettant de grossir les objets observés, se lança dans la fabrication – en mieux, dira- t-il ! – de tels instruments. À la même époque, un autre hollandais, Cornélius Drebbel exporte vers Londres un microscope dont on a retrouvé le dessin dans le journal d’Isaac Beekman. Mais on n’en sait guère sur l’usage qu’on fi t de cet instrument.

Galilée ne tira pas, non plus, de grands enseignements de ses observations microscopiques – sans doute avait- il la tête ailleurs. Ce fut un membre de la pre-mière académie des sciences, l’académie du Lynx, à Rome, Francesco Stelluti, qui appliqua le premier les découvertes de ses prédécesseurs à l’observation de l’infi ni-ment petit. Il réalisa une série d’observations très précises sur les abeilles dont il tira de belles gravures. La microbiologie était née.


Le premier dessin d’un microscope (Journal d’Isaac Beekman)


2.1 Un nouveau mondeCette science prit réellement son essor avec les travaux de deux personnages : un Anglais, Robert Hooke, et un Néerlandais, Anton van Leeuwenhoek.

Robert Hooke est né en 1635 sur l’île de Wight. Vers l’âge de vingt ans, il entre à Oxford et devient l’assistant d’un savant de l’époque. Il travaille sur des sujets aussi variés que la physique (il élabore une loi sur l’élasticité, une théorie ondulatoire de la lumière), l’astronomie, s’intéresse à la gravitation (et reprochera à Newton de lui avoir volé ses idées), à la mécanique. Il construira un télescope à miroir et, c’est ce qui nous intéresse ici, développera l’usage du microscope.

Il utilisait un microscope composé avec lequel il fi t de nombreuses observations sur les formes de la nature. Il en tira un bel ouvrage, en 1664 : Micrographia, dans lequel il présente ses observations du « monde invisible ». Les superbes gravures – dont une puce de 40 cm ! – valurent un franc succès au livre. Mais l’observation la plus importante qu’il nous ait léguée est celle des cellules. Observant des tissus végétaux, du liège et d’autres organes de plantes, il montra que ceux- ci étaient toujours faits de structures cloisonnées qu’il nomma « cellules », en référence aux cellules à miel des ruches (et non à celle des moines comme on le lit souvent).

La précision de ses observations, que suggèrent ses gravures, laisse pantois. Le dessin de la puce n’a rien à envier aux meilleurs clichés de l’insecte, pris sous le faisceau d’un microscope à balayage.

Puce par R. Hooke (Micrographia, 1664)


Pourtant, il ne semble pas avoir observé le grouillement de la vie microscopique et fut un chercheur de forme, plutôt que de vie.

Les micro- organismes qu’il observe sont la moisissure, quelques acariens et les anguillules, nématodes se développant dans le vinaigre.

Robert Hooke montra donc, grâce à ses observations microscopiques, que le monde vivant, vu sous un angle rapproché, possède des formes et une organisation d’une complexité insoupçonnée. Et bien sûr, il découvrit les « cellules ».

Le second des deux pionniers de la microscopie est Anton van Leeuwenhoek, né à Delft en Hollande, en 1632. Fils d’artisan, il suivit, comme c’était d’usage, le chemin paternel et devint drapier (il occupa d’autres fonctions par la suite). L’utilisation de compte- fi ls dû l’inspirer puisqu’il se lança dans une exploration du monde minuscule qui dura plus de cinquante ans.

Il fabriquait lui- même ses microscopes et devint maître dans l’art de polir des lentilles biconcaves. Il utilisait des appareils simples, constitué d’une seule len-tille presque sphérique. Enchâssée dans une plaque métallique, elle permettait des grossissements importants (jusqu’à 300 fois).

En 1674, il décrivit les globules rouges. L’année suivante, il observa des « animalcules » couverts de cils, nageant rapidement dans une goutte d’eau : des paramécies. Observant tout ce qu’il trouvait, il multiplia les découvertes dont il transmettait les descriptions à la Royal Society de Londres.

Ainsi lui doit- on les premières descriptions détaillées des sperma-tozoïdes – dont il montra l’existence chez de nombreuses espèces – des rotifères, de nombreux protistes et des bactéries. Il établit une dis-tinction entre les bactéries rondes (cocci), allongées (bacilles) et spiralées. Les animalcules de Anton van Leeuwenhoek

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Ses travaux le rendirent célèbre. Il devint membre de la Royal Society et reçut la visite d’illustres personnages à qui il faisait des démonstrations. Ainsi, on peut considérer Anton van Leeuwenhoek comme le véritable découvreur du monde microbien. Passionné et acharné, il apporta au monde scientifi que de précieux témoignages de ce nouvel univers. Mais, sans réelle formation scientifi que, il n’en tira aucune théorie. Par exemple, s’il a observé à maintes reprises des cellules, à aucun moment il ne s’interroge sur l’universalité de cette structure.

La science des micro- organismes devint expérimentale grâce à l’Italien Lazzaro Spallanzani. Ce professeur de sciences naturelles réalisa un très grand nombre d’expériences fameuses sur la digestion, la régénération d’organes ou la repro-duction. Mais il fut aussi le premier à cultiver des micro- organismes (dans des bocaux contenant des jus de viande). Il montra que ses « jus » n’étaient troublés par les animalcules que s’ils conservaient un contact avec l’air et s’ils n’avaient pas été bouillis auparavant. Ce fut pour lui un argument pour réfuter la théorie de la génération spontanée en vigueur à l’époque. C’était en 1768. Un siècle avant Pasteur1 !

2.2 Vers la microbiologie moderne

Jusqu’au dix- neuvième siècle il n’y eut plus guère d’innovation dans le domaine des microscopes et les préoccupations des savants s’éloignèrent du « petit monde ». En 1839, l’Allemand Theodor Schwann (1810- 1882) proposa une théorie cellu-laire du monde vivant. Pour lui, animaux, plantes et autres créatures étaient tous constitués d’unités fonctionnelles, les cellules.

1. Et encore, un siècle avant Spallanzani, Francesco Redi avait déjà réfuté la théorie, mais en s’inté-ressant aux asticots de mouches plutôt qu’aux microbes.

Bactéries, telles qu’A. van Leeuwenhoek les voyait

Fig : A D

Fig : BC

Fig : E

Fig : G

Fig : F


« Les cellules sont des organismes, et les animaux comme les plantes sont des agrégats de ces organismes arrangés suivant des lois défi nies. »

Par ailleurs, il étudia les levures et montra que la fermentation du sucre est, pour elles, un processus vital.

Peu de temps avant, un italien, Agostino Bassi (1773-1856), montra, après un travail acharné de 25 années, que les vers à soie atteints de « muscardine », une maladie mortelle pour eux, étaient contaminés par un champignon (Beauveria bassiana) transmis par la nourriture ou par contact avec des sujets contami-nés. Ce fut, en 1832, la première démonstration de l’origine microbienne d’une maladie.

Vers 1840, un médecin hongrois, Ignace- Philippe Semmelweis (1818- 1865), travaillant à la maternité de Vienne s’émut du taux de femmes mourant en couches, la plupart de fi èvre puerpérale (infection liée à l’accouchement conduisant à une septicémie mortelle). Entre 15 et 18 % des femmes mouraient des suites de l’ac-couchement, dans cette clinique fl ambant neuve.

Il constata en outre que ce taux était très largement supérieur dans le bâtiment qui accueillait les étudiants par rapport à celui où seules les sages- femmes tra-vaillaient. Or, ces étudiants en médecine passaient allègrement d’un cours d’ana-tomie avec dissection à des travaux pratiques d’accouchement.

À la mort d’un de ses amis, en 1847, suite à une « piqûre cadavérique » – il s’était coupé en pratiquant une dissection – il comprit que les étudiants et les médecins transmettaient, par leurs mains, les agents infectieux des cadavres aux femmes. Il préconisa alors le lavage des mains avec une solution d’hypochlorite de calcium. Le taux de mortalité descendit à moins d’un pour cent.

Pourtant, aucun de ses supérieurs ne le suivit, refusant d’admettre qu’ils fussent la cause de l’hécatombe. Il passa le reste de sa vie à essayer de convaincre du bien fondé de ses préconisations, mais n’ayant rien d’autre que des statistiques comme preuve, il fut ignoré, et, atteint de démence, mourut à 47 ans dans un hôpital psychiatrique.

2.2.1 Louis PasteurLe grand spécialiste des micro- organismes, au XIXe siècle, reste Louis Pasteur. (1822- 1895). Après une étude remarquée sur les cristaux et leur dissymétrie, Pasteur s’in-téressa de près aux fermentations. À l’époque (entre 1855 et 1862) les travaux de l’allemand Liebig faisaient autorité : ce chimiste avait prouvé que les fermentations sont des transformations chimiques de la matière organique. Pasteur démontra


qu’elles sont provoquées par des « animalcules », les levures en particulier. Cette idée avait déjà été développée, presque un siècle plus tôt par le fl orentin Adamo Fabbroni, mais sans réelle démonstration scientifi que.

Il précisa aussi qu’à un type de fermentation (lactique, alcoolique, etc.), cor-respond un « ferment ». Cette étude le conduisit à se poser la question de l’ori-gine de ces ferments. Provenaient- ils d’un germe ou s’agissait- il de génération spontanée ?

Bien que mise en doute depuis longtemps, la théorie de la génération spon-tanée n’avait jamais pu être réfutée de façon scientifi que. Au contraire, même, un biologiste, Archimède Pouchet, parvenait à en démontrer la réalité, à la suite d’habiles expériences.

Pasteur montra fi nalement les failles des expériences de Pouchet et prouva que, sans contact avec l’air ambiant, ou du moins avec les « poussières » que contient cet air, un liquide organique stérile ne se troublait pas, aucun germe ne s’y déve-loppait. Au contraire, dès que ces « poussières » pouvaient toucher le liquide, il se troublait. C’était donc bien de l’extérieur que les êtres vivants microscopiques pouvaient s’introduire dans un milieu.

Par la suite, le savant s’intéressa aux maladies du vin et de la bière, montrant, vers 1863, qu’un chauffage à 57 °C permettait d’éliminer les germes non désirés qui altèrent la boisson. C’est le principe de la pasteurisation, qui avait déjà été pro-posé par Nicolas Appert trente ans plus tôt. Bien que cette « découverte » lui valu un surcroît de reconnaissance, elle n’eut guère de succès, le vin chauffé n’étant pas ce qui se fait de mieux2.

L’étude des fermentations conduisit Pasteur à s’intéresser aux maladies humaines. Il devint un fervent défenseur de leur origine microbienne et découvrit certains vecteurs comme le staphylocoque, responsable de furoncles.

Enfi n, il se pencha sur la mise au point de vaccin, convaincu que c’était le meilleur traitement contre les maladies infectieuses. Après avoir travaillé sur des maladies animales, il se lança dans le traitement de maladies humaines, la rage en particulier.

Tout le monde a en tête cette image d’Épinal d’un Pasteur vaccinant un jeune paysan mordu par un chien enragé. Pourtant, si l’on y regarde de près, ses travaux sur la rage ne seraient pas le meilleur à retenir de son œuvre :

2. La pasteurisation du lait fut développée plus tard par Van Soxhlet.


– expérimentations sur l’être humain sans grande précaution ;

– dissimulation des échecs ;

– technique adoptée plus dangereuse qu’effi cace ;

– sujets traités qui n’avaient sans doute pas contracté la rage.

Finalement, c’est en reprenant des travaux plus anciens, en les précisant, en y apportant plus de rigueur, en les expérimentant, que Pasteur aura permis au cours de sa longue carrière, de donner à la microbiologie de solides bases sur lesquelles s’appuieront tous ses successeurs.

2.2.2 Robert KochDe l’autre côté du Rhin, le plus sérieux concurrent de Pasteur, dans l’étude des micro- organismes fut Robert Koch (1843- 1910). Médecin formé par un tenant de l’origine microbienne des maladies infectieuses, il partagea son temps entre son activité médicale et ses recherches, tout en s’intéressant à l’archéologie, l’anthro-pologie et autres domaines.

En 1870, il démontra de façon irréfutable le lien entre une maladie (l’anthrax) et une bactérie Bacillus anthracis, dont les spores, résistantes, deviennent patho-gènes dès qu’elles pénètrent dans l’organisme.

Percevant l’importance de ces micro- organismes, il travailla d’arrache- pied à la mise au point de techniques d’isolement, de culture et de détermination des bactéries.

Cette fi n de XIXe est riche d’innovations chez les microbiologistes : colorations spécifi ques de Gram (voir p. 30), objectifs de microscope plus puissants, objectifs à immersion, milieux de culture gélosés, boîtes de Pétri – du nom d’un des assistants de Koch. Tout concoure à lancer cette science nouvelle.

En 1881 Koch étudie la tuberculose et, un an plus tard, en découvre le res-ponsable : le célèbre bacille de Koch, Mycobacterium tuberculosis. Par la suite il étudia d’autres infections, dont le paludisme et la maladie du sommeil, et découvrit d’autres micro- organismes.

2.2.3 La découverte des virusMalgré les progrès de la microbiologie, on ne parvenait toujours pas à com-prendre l’origine de certaines maladies telles que la fi èvre jaune, la rage ou la variole. Elles ne semblaient causées par aucuns agents infectieux poten-tiels : bactéries, levures ou parasites. Vers 1890, un botaniste russe, Dimitri Ivanovski, montre que la maladie végétale appelée « mosaïque du tabac » est due à un agent qui passe au travers de tous les fi ltres censés contenir les micro-


organismes. S’agit- il d’une toxine – mais dans ce cas, d’où vient- elle ? – ou d’une très petite bactérie ? En 1893 le hollandais Beijerincnk remarque que l’agent de la mosaïque du tabac se transmet si l’on injecte les sèves d’un plant malade à un plant sain. Il y a donc reproduction. Il ne pouvait s’agir que d’organismes de très petite taille.

Quelque temps plus tard, vers 1900, on identifi e une nouvelle sorte d’agent pathogène : les virus. Cette découverte est réalisée par Friedrich Loeffl er et Paul Frosch qui travaillaient sur la fi èvre aphteuse. En 1902 on découvre celui de la fi èvre jaune. Désormais, on distinguera les maladies d’origine bactérienne de celles d’ori-gine virale grâce à l’utilisation de fi ltre de Chamberland : un fi ltre de porcelaine qui retient les bactéries. Si le fi ltrat reste contagieux, il s’agit de virus.

Il faudra attendre une quinzaine d’années pour que l’on comprenne com-ment agit le virus. Et plus d’un siècle pour découvrir les plus gros d’entre eux : les mimivirus.

Depuis la fi n du XIXe, la microbiologie n’a plus cessé de progresser et de s’enri-chir de nouvelles connaissances en suivant trois cheminements :

– Recherche de nouvelles espèces, d’abord pathogènes, puis, liés à notre envi-ronnement proche ou à l’agriculture (symbiotes des ruminants, bactéries du sol, etc.). Cela a permis fi nalement la « découverte » d’un nouveau règne, celui des archées, en 1977.

– Études du « fonctionnement » des micro- organismes, et, en particulier des mécanismes génétiques qui les gouvernent. Ces travaux, dont on reparlera plus loin, sont à la base de la biologie génétique et moléculaire actuelle.

– Découvertes des relations entre les micro- organismes et les autres organismes (symbiose, parasitisme, etc.) et recherches sur les moyens de luttes (antibio-tiques) ou d’utilisation (génie génétique).

Bien sûr, ces cheminements se croisent souvent. Aujourd’hui, en ce début de XXIe siècle nous en savons beaucoup sur les micro- organismes mais encore très peu sur leur réelle diversité, sur leur mode vie, leurs capacités ou leur importance éco-logique. On commence simplement à entrevoir tout cela.


Résumé

C’est le Hollandais Van Leeuwenhock, vers 1700, qui fut le premier à voir les micro- organismes, grâce aux microscopes de sa fabrication. Mais l’importance de ces « ani-malcules » ne sera comprise qu’au XIXe siècle, avec, en particulier, les travaux de Pasteur qui montrèrent leur rôle dans les fermentations et ceux de Koch, qui développèrent les connaissances sur de nombreuses bactéries pathogènes.Le XXe siècle a été celui de l’étude du fonctionnement intime de ces micro- organismes, jusqu’au séquençage de leur génome.Au début du XXIe siècle, on entrevoit l’immense place qu’ils occupent dans la biosphère.

CHAPITRE 2QU’EST- CE QU’UN MICROBE ?

S MMAIRE

1 Tentatives pour défi nir le microbe2 Petit catalogue des organismes invisibles à l’œil nu3 Un autre monde, les procaryotes4 Conclusion

Charles- Emmanuel Sédillot fi t, au XIXe siècle, une belle carrière de chirurgien. Il fut un des premiers, en France, à préconiser l’emploi du chloroforme, pour sou-lager les opérés de la douleur. Désireux de faire sortir la médecine de ses carcans académiques, il encourageait aussi le nettoyage des plaies et celui des mains qui opéraient, afi n, affi rmait- il, d’améliorer les chances de guérison.

Bref, un tel esprit ne pouvait se désintéresser des travaux de Pasteur sur les « germes » et les levures responsables des fermentations et des putréfactions. C’est ainsi qu’en 1878, dans une lettre, il lui proposa l’emploi du mot « microbe », pour désigner ces organismes invisibles, mais si actifs.

L’étymologie du terme est simple : le mikros grec désigne l’extrême petitesse des créatures, le bios l’appartenance au monde vivant. Réduit à sa plus simple expression, mikros- bios, devient alors microbe.

Aujourd’hui, les textes savants et sérieux préfèrent l’emploi de « micro- organisme », long et lourd. Pourtant il semble bien désigner lui aussi des êtres vivants (organismes) microscopique. Le microbe serait- il vieux- jeu ou trop vague ?

1 TENTATIVES POUR DÉFINIR LE MICROBEPeu embarrassés par les pléonasmes, les dictionnaires courants nous expliquent qu’un microbe est « un micro- organisme invisible à l’œil nu ». Une recherche plus poussée nous indiquera qu’il faut être équipé d’un microscope pour observer ces organismes.

18QU’EST- CE QU’UN MICROBE ?

De quel genre d’organisme s’agit- il ? Animal ? Végétal ? Autre chose ? Rien n’est dit. Est- il unicellulaire ou pluricellulaire ? Solitaire ou colonial ? Mobile ou fi xé ? On ne saura que deux choses du microbe : petit et vivant.

C’est du moins ce que nous dit la première des défi nitions. Les suivantes suggè-rent d’associer « microbe » à unicellulaire pathogène, puis à bactéries, germes, virus (aussi à un avorton ou à un point de broderie, mais c’est un autre sujet).

Il convient donc de bien cerner notre microbe : est- il forcément microsco-pique ? Unicellulaire ? Pathogène ? Tous les microbes sont- ils des bactéries et des virus ? Pour tenter de trouver une réponse satisfaisante, je propose de consulter le catalogue des organismes invisibles à l’œil nu.

2 PETIT CATALOGUE DES ORGANISMES INVISIBLES À L’ŒIL NUL’acuité visuelle de l’être humain est fi ne puisqu’un œil sans défaut marquant peut distinguer, dans de bonnes conditions, un « objet » de moins d’un dixième de milli-mètre ou 100 micromètres. Évidemment, on n’en verra guère de détails et personne ne saurait décrire un organisme d’une telle taille. On peut considérer qu’au- dessous du demi- millimètre, on a affaire à une créature microscopique qui a donc toutes les chances d’entrer dans la catégorie des microbes… et à cette échelle, il y a du monde.

2.1 Plantes et animaux microscopiques2.1.1 MicroalguesPour les systématiciens, les « plantes », offi ciellement appelées embryophytes, appar-tiennent à un large groupe nommé chlorobiontes, caractérisé par la présence de chlorophylle et divers traits biochimiques. Ce groupe comprend donc les embryo-phytes, c’est- à- dire les plantes que l’on rencontre tous les jours, mais aussi les « algues vertes » telle la laitue de mer (Ulva lactuca) et diverses algues microscopiques : les micromonades, organismes unicellulaires munis de longs fl agelles, les zygnema qui sont des algues fi lamenteuses, ou micraster, une autre algue unicellulaire.

Les plus petites de ces algues vivent en suspension dans les eaux douces ou marines et forment une bonne part du phytoplancton.

Tous les unicellulaires ne sont pas des microbes

Parmi les algues vertes, un groupe fait fi gure d’original : les acétabulaires. Il s’agit de fi nes algues de 4 ou 5 cm de haut, formées d’une tige surmontée d’une ombelle circulaire. Malgré leur « grande » taille et leur allure de fl eur, ces algues ne sont formées d’une seule cellule.

Introduction 3

Chapitre 1 Histoire d’une découverte 5

1 L’idée de micro- organisme 5

2 L’invention de la microbiologie 72.1 Un nouveau monde 92.2 Vers la microbiologie moderne 11

2.2.1 Louis Pasteur 122.2.2 Robert Koch 142.2.3 La découverte des virus 14

Chapitre 2 Qu’est- ce qu’un microbe ? 17

1 Tentatives pour défi nir le microbe 17

2 Petit catalogue des organismes invisibles à l’œil nu 182.1 Plantes et animaux microscopiques 18

2.1.1 Microalgues 182.1.2 Des animaux grands… comme des microbes 20

a) Les acariens 20b) Les tardigrades 21c) Les mésozoaires 21d) Les rotifères 21e) Les nématodes 21f) Les kinorhynches 21g) Les loricifères 21

2.2 Les champignons 222.3 Les protistes 23

a) Les diatomées 24b) Les haptophytes 24c) Les dinophytes 24d) Les ciliés 25e) Les sporozoaires 25

TABLE DES MATIÈRES

148TABLE DES MATIÈRES

f) Les parabasiliens 26g) Les métamonadines 26h) Les actinopodes 27i) Les foraminifères 28j) Les euglénobiontes 28k) Les rhizopodes 28

3 Un autre monde, les procaryotes 293.1 Les eubactéries 29

a) Les protéobactéries 30b) Les Fimicutes 30c) Les actinobactéries 30d) Les cyanobactéries 32e) Les spirochètes 32f) Les chlamydiés 32g) Les Acidobacteria 33h) Les Aquifi cales 33i) Les Bacteroïdetes 33j) Les Chlorobi 33k) Les Chlorofl exi 33l) Les Deinococcus- thermus 33m) Les Fibrobacteres 33n) Les Planctomycetes 33o) Les Thermodesulffobacteres 33

3.2 Les archées 343.3 Le buisson du vivant 363.4 Peut- on ranger les virus dans le catalogue ? 36

a) Les virus des archées 39b) Les bactériophages 39c) Les phytovirus 39d) Les virus des champignons 39e) Les virus s’attaquant aux animaux 39f) Les mimivirus 41

4 Conclusion 42

Chapitre 3 Vie et mort d’un microbe 45

1 Démarrer dans la vie 45

2 La structure d’une eubactérie 47


3 Croissance et développement 503.1 Le CO2 atmosphérique 503.2 La matière organique 50

4 Multiplication 52

5 La communauté 54

6 Déplacements 56

7 L’adaptation du métabolisme 59

Chapitre 4 Histoire de la vie = histoire des microbes ? 63

1 Premières traces 63

2 L’origine microbienne de la vie 652.1 Encapsulation obligatoire 652.2 Trois milliards d’années de domination absolue 662.3 Arbre évolutif 672.4 LUCA 672.5 Qui fut le premier, après LUCA ? 68

3 Comment les bactéries évoluent-elles ? 703.1 Les mutations à la source du changement 713.2 Transposition, transformation et conjugaison 71

4 Les virus, facteurs d’évolution ? 75

5 Le rôle clé des microbes dans l’évolution des espèces 775.1 Origine des eucaryotes 775.2 Apparition de l’oxygène et de l’ozone 785.3 Premiers sols 80

Chapitre 5 Un monde microbien avant tout 83

1 Évaluation de la biomasse des microbes et de leur nombre 83

2 De multiples rôles écologiques 852.1 Fournisseurs de matière 852.2 Les microbes nourrissent- ils le monde ? 87

2.2.1 Les microbes océaniques 872.2.2 Les cyanobactéries 89


2.3 Loin de toute lumière 922.3.1 Autour d’une carcasse de baleine 92

a) Première étape 93b) Deuxième étape 93c) Troisième étape 93

2.3.2 Oasis volcaniques 942.4 Microchaînes alimentaires 96

3 Recycleurs de matière 983.1 L’enterrement d’une feuille morte 983.2 Le cycle de la matière 99

4 Auxiliaires de vie 1014.1 La vache et ses microbes 1014.2 Le haricot et ses nodules 1034.3 Des poupées russes de la termitière 1054.4 L’amibe jardinière et les autres symbioses 106

5 Adeptes de l’extrême 1075.1 La bactérie la plus résistante du monde 1075.2 Dans l’acide bouillant 1085.3 La mer morte abrite des microbes bien vivants 1095.4 Vivre du pétrole 1105.5 La vie sous la glace 1105.6 La vie sur Mars ? 112

Chapitre 6 Des microbes et des hommes 115

1 Pour le meilleur 1151.1 Le microbiome humain 115

1.1.1 Digérer, stimuler et protéger 1161.1.2 Les virus, toujours là 117

1.2 Les microbes qui œuvrent pour le bien de l’humanité 1171.2.1 Le pain, le vin et le fromage 1181.2.2 Des micro- organismes qui soignent 1201.2.3 Bactéries « pharmaciennes » 1211.2.4 Des virus comme médicaments 1221.2.5 Les microbes qui nourrissent 124


1.2.6 Des microbes pour dépolluer 1241.2.7 Bactéries ressources 126

a) La fermentation 126b) La culture d’algues 129

2 Pour le pire 1292.1 Intoxications 1292.2 De la carie 1302.3 Écologie du microbe pathogène 131

2.3.1 La bactérie, la tique et l’Homme 1312.3.2 La grippe et l’oiseau 1332.3.3 Plasmodium, le plus courant des parasites 135

2.4 Nouvelles maladies et retour des anciennes 1372.4.1 Ebola 1372.4.2 Le VIH 1372.4.3 Legionella pneumophila 1372.4.4 Vibrio cholerae 1372.4.5 La fi èvre jaune 138

2.5 Les micro- organismes, une arme redoutable ? 1382.6 Alors, nos microbes, ennemis ou amis ? 139

Les micro- organismes dominent- ils le monde ? 141

Annexe 143

Combien y a- t-il de bactéries sur Terre ? 143

Bibliographie 145

Table des matières 147

Le p int sur…Cette collection s’adresse prioritairement aux étudiants de niveau

Licence/Baccalauréat du premier cycle universitaire, BTS-DUT, Hautes écoles et/ou IUFM, en leur procurant un aperçu condensé et un outil de révision des matières enseignées.

Certains ouvrages sont également destinés aux niveaux Master, voire Doctorat.

économieAbdelmAlki l., mundler P., Économie de l’environnement et du développement durableAsensio A., Le fonctionnement des économies de marché. Micro et macroéconomie de l’équilibre généralblAncheton b., Histoire de la mondialisationFArvAque é., PAty s., Économie de la démocratie

économie musulmaneA. el-GAmAl m., la banque et la finance islamiquessultAn s. A. m., La comptabilité pour les produits financiers islamiques

PolitiquebAron-yellès n., L’Espagne aujourd’hui. De la prospérité à la criseben hAmmoudA h., Tunisie. Économie politique d’une révolutioncoPinschi Ph., La fin du pétrole. Vie et mort d’une ressource stratégiqueFournier b., La socialisation politique. Concepts et méthodes, à paraître (2012)GAillArd m., France-Europe. Politique européenne de la France de 1950 à nos joursGounin y., La France en Afrique. Le combat des Anciens et des Modernesribémont th., Introduction au droit des étrangers en FranceorFAli b., L’adhésion. Militer, s’engager, rêvertétArt Fr., Nationalismes régionaux. Un défi pour l’Europe

SciencesmAcAGno G., Les micro-organismes dominent-ils le monde ?

Le monde des micro-organismes est comme une nouvelle galaxie à explorer.Les micro-organismes ont mauvaise presse. Pourtant, ils sont par-tout, installés par millions sur les objets qui nous entourent. Les spécialistes qui, dès qu’ils les cherchent, n’arrêtent plus d’en trou-ver de nouveaux, sont eux-mêmes subjugués par leur nombre et leur diversité.Mais on les connaît très mal et c’est seulement depuis peu que des programmes internationaux ont enfin été engagés dans l’explo-ration du monde microbien, qui s’avérera certainement plus fruc-tueuse que celle du monde martien.L’auteur propose au lecteur de faire connaissance avec ces micro-terriens, de percevoir la place, énorme, qu’ils occupent dans la biosphère, le rôle, primordial, qu’ils ont eu au cours de l’évolution, et l’importance, vitale, qu’ils ont dans le fonctionnement de notre organisme.

Les micro-organismesdominent-iLs Le monde ? Sc

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Le p int sur…Sciences

MICORGISBN 978-2-8041-6897-1ISSN 2030-207X

gilles macagno

est professeur de sciences et vie de la Terre. Il est

l’auteur et l’illustrateur de nombreux ouvrages.

www.deboeck.com

Documents

Les Micro-orGanisMes · Les conférences illustrées de diaporama permettent souvent de ﬁ xer, dans l’esprit, des images. Une de ces images m’est restée : une photo au fond