Embed Size (px)
Citation preview
Microbiologie BIOL 3253
La croissance
Croissance - la scissiparité
Croissance
Augmentation des constituants cellulaires qui peut aboutir à:
Accroissement du nombre de cellules.
i.e., Quand les micro-organismes se multiplient par scissiparité ou par
bourgeonnement.
Accroissement de la taille de la cellule.
i.e., Les micro-organismes coenocytiques (multinucléés) peuvent subir des divisions nucléaires sans divisions cellulaires concomitantes.
Les microbiologistes étudient habituellement des variations numériques (croissance) sur la totalité de la population plutôt que chez des micro-organismes pris individuellement.
La courbe de croissance
Lorsque des micro-organismes sont cultivés
en milieu liquide, ils se développent
habituellement dans un système fermé,
culture en “batch” ou discontinue.
Ils sont incubés dans un flacon contenant un seul
lot de milieu de culture.
Représenté graphiquement comme le logarithme
du nombre de cellules en fonction du temps
d’incubation.
La courbe résultante est
constituée de quatre phases
distinctes.
Pas
d’augmentation
Divisions à un
Taux maximal
Arrêt de la croissance
Diminution
du nombre
de cellules
La courbe de croissance microbienne dans un
système fermé
1- La phase de latence
Synthèse de nouveaux composants cellulaires.
i.e., Synthèse de substances utilisées ou épuisées.
i.e., Adaptation à un nouveau milieu ou de nouvelles conditions.
La durée varie selon les micro-organismes et la nature du milieu.
Dans certains cas, cette phase peut être très courte ou absente.
2- La phase exponentielle
Aussi appelée logarithmique.
Chaque organisme se divise à un moment légèrement
différent.
Vitesse de coissance constante.
La population est presque
uniforme en termes de propriétés
chimiques et physiologiques.
Croissance en équlibre et équilibre instable
Durant la phase exponentielle, les cellules sont
en croissance à l’équilibre.
Tous les constituants cellulaires sont synthétisés à des
vitesses constantes par rapport aux autres.
Un changement des concentrations en nutriment
ou des conditions de culture provoque une
croissance en équilibre instable.
La vitesse de synthèse des composants cellulaires
varie.
Changements dans le milieu de culture
“shift-up” (Changement d’un milieu pauvre à riche)
“shift-down” (Changement d’un milieu riche à pauvre)
Concentration des nutriments et croissance
3- La phase stationnaire
Le nombre total de micro-organismes viables demeure constant. Peut résulter d’un arrêt de reproduction chez des
cullules métaboliquement actives.
Peut résulter d’un équilibre entre division et mort cellulaire.
Principales raisons pour entrer en phase stationnaire: Limitation en éléments nutritifs.
Disponibilité limitée en oxygène.
Accumulation de déchets toxiques.
La population atteint une densité critique.
Réponses au manque de nourriture
Changements morphologiques
i.e., Formation d’endospores.
Diminution de taille, rétrécissement du protoplasme, et condensation du nucléoïde.
Production de protéines de manque.
Survie à long terme.
Augmentation de la virulence.
4- La phase de mortalité
Les cellules meurent à un rythme
exponentiel.
Perte irréversible de la capacité à se reproduire.
Dans certains cas, le taux de mortalité
diminue dû à une accumulation de cellules
résistantes.
Différentes hypothèses existent
pour expliquer la cinétique de la
mortalité:
Les mathématiques de la croissance
Temps de génération ou de doublement (g)
Temps nécessaire pour qu’une population
microbienne double sa taille.
Constante de vitesse de croissance
moyenne (k)
Nombre de génération par unité de temps.
Généralement exprimé par le nombre de
génération par heure.
Temps de génération et vitesse de croissance
Mesure de la croissance microbienne
On peut mesurer un changement du
nombre de cellules d’une population.
On peut mesurer un changement de la
masse cellulaire.
Mesure du nombre de cellules
Comptage direct
Chambre de comptage.
Compteurs électroniques.
Décompte direct sur des membranes
filtrantes.
Décomptes de cellules viables
Étalement sur un milieu solide.
Décompte sur membranes filtrantes
déposées sur milieu gélosé.
Chambres de comptage
Faciles à utiliser, peu coûteuses, et rapides.
Pratique pour dénombrer des eucaryotes ou des procaryotes.
Ne peut pas distinguer entre des cellules vivantes ou mortes.
Compteurs électroniques
Une suspension bactérienne doit passer au travers d’un
orifice, où un courant électrique est appliqué.
Le mouvement de cellules au travers de l’orifice modifie
(augmente) la résistance électrique.
Ne peut pas distinguer entre des
cellules vivantes ou mortes.
Facile et rapide à utiliser.
Utile pour des micro-organismes
de grande taille ou des cellules
sanguines, mais pas pour des
procaryotes.
Décompte direct sur des membranes filtrantes
Les cellules sont filtrées sur une membrane spéciale (polycarbonate) qui possède un fond foncé.
Les cellules sont ensuite colorées avec des colorants fluorescents.
Pratique pour dénombrer des bactéries.
En utilisant certains colorants, il est possible de distinguer entre des cellules vivantes et mortes.
Étalement sur milieu solide
Mesure le nombre de cellules viables.
La taille de la population est exprimée en termes d’unités formatrices de colonies (UFC) (ang. colony forming units ou CFU)
Des dilutions d’une population sont étalées
sur un milieu solide adéquat
Le nombre de colonies est compté
Le nombre de cellules dans la population est
déterminé
Simple et précis.
Largement utilisé pour effectuer des
décomptes viables de micro-organismes
présents dans des aliments, dans l’eau ou
le sol.
Les résultats peuvent être
imprécis si des agrégats de
cellules sont mal distribués.
Étalement sur milieu solide
Décompte sur membranes filtrantes
déposées sur milieu gélosé
Particulièrement utile pour étudier des échantillons auqatiques
Mesure de la masse cellulaire
Poids sec
Technique peu sensible et longue à effectuer.
Quantité de certains constituants cellulaires
i.e., protéines, ADN, ATP, ou chlorophylle.
Utile si la quantité d’une substance est constante
dans chaque cellule d’une population.
Mesure de la turbidité (dispersion de la
lumière incidente)
Rapide, facile et précis.
Plus de cellules
Plus de dispersion
de la lumière
Moins de lumière
détectée
(↑absorbance)
Turbidité et mesure de la masse cellulaire
Dénombrement de procaryotes végétatifs
viables mais non cultivables
Les micro-organismes en situation de stress
peuvent temporairement perdre leur habilité à
croître et être non détectables si on utilise des
méthodes dépendantes de la culture.
Plusieurs techniques moléculaires permettent
maintenant de détecter et dénombrer des cellules
viables mais non cultivables.
La culture continue des micro-organismes
Culture dans un système ouvert
Approvisionnement constant en nutriments.
Les déchets sont également retirés à un rhythme constant.
Maintient la croissance des cellule dans la phase exponentielle et à une concentration constante de la biomasse.
Ces conditions sont réalisées en laboratoire dans des systèmes de culture continue.
Le chémostat
Rythme
d’introduction du
milieu stérile = rythme
d’élimination du
milieu.
Un élément nutritif
essentiel est fournit
en quantités limitées
(i.e. un acide aminé).
Vitesse de dilution et croissance microbienne
Vitesse de dilution
Vitesse à laquelle le
milieu passe au travers
de la chambre de culture
par rapport au volume de
la cuve.
La densité cellulaire
reste inchangée pour
une large gamme de
vitesse de dilution.
Le chémostat fonctionne
de façon optimale à une
vitesse de diltion faible.
Le turbidostat
La vitesse d’écoulement du milieu au travers de la cuve est automatiquement réglée pour maintenir une turbidité ou densité cellulaire prédeterminée.
La vitesse de dilution varie.
Pas d’élément nutritif limitant.
Les turbidostats fonctionnent mieux à des vitesses de dilution élevées.
Importance des méthodes de culture continue
Utiles car elles produisent une quantité constante de cellules en phase exponentielle tout en se multipliant à une vitesse connue.
Permet d’étudier la croissance microbienne en présence de concentrations de nutriments faibles, ce qui est similaire aux conditions rencontrées en milieux naturels.
Permet l’étude d’interactions microbiennes sous des conditions similaires à celles rencontrées dans des milieux aquatiques.
Très utilisées en microbiologie alimentaire et industrielle.
L’influence de l’environnement sur la
croissance
La croissance des micro-organismes est
considérablement influencée par la nature
chimique et physique de l’environnement.
Extrêmophiles
Se développent sous des conditions difficiles
qui empêchent la croissance de la plupart des
autres organismes.
Les solutés et l’activité de l’eau
Activité de l’eau (aw)
Disponibilité de l’eau exprimée de façon
quantitative.
Réduite par des interactions avec des
molécules de solutés (effet osmotique).
[soluté] élevée faible aw
Réduite par l’absorption sur des surfaces (effet
matrice).
L’activité de l’eau est inversement
proportionnelle à la pression osmotique.
L’activité de l’eau et la croissance microbienne
Les organismes osmotolérants
Peuvent croître sous une très large gamme d’activités de l’eau ou de concentrations osmotiques.
Peuvent utiliser des solutés compatibles afin d’augmenter leur concentration osmotique interne.
Ces solutés sont compatibles avec le métabolisme et la croissance.
Certains de ces organismes possèdent des protéines et membranes qui nécessitent des concentrations élevées en solutés pour maintenir leur stabilité et activité.
Halophiles
Nécessitent une concentration élevée en NaCl pour croître.
Les effets du chlorure sodique sur la croissance microbienne
Le pH
Définit comme
le logarithme
négatif de la
concentration
en ions
hydrogène.
Le pH Acidophiles
Croissance optimum entre pH 0 et pH 5.5.
Neutrophiles
Croissance optimum entre pH 5.5 et pH 8.5.
Alcalophiles
Croissance optimum entre pH 8.5 et pH 11.5.
La plupart des acidophiles et des alcalophiles maintiennent un pH interne près de la neutralité.
Certains utilisent des mécanismes d’échange de protons/ions.
Certains synthétisent des protéines qui fournissent une protection.
i.e., protéines du choc acide.
Plusieurs micro-organismes peuvent altérer le pH de leur environnement en produisants des déchets acides ou alcalins.
La plupart des milieux de culture possèdent des tampons pour prévenir l’inhibition de croissance.
Température
La croissance
de chaque
organisme
dépend des
températures
dites
cardinales
minimale
maximale
optimale
Température
La concentration en oxygène
Besoin
d’oxygène
Requiert 2 - 10%
d’oxygène
Aérobie
obligatoire
Anaérobie
facultatif
Anaérobie
aérotolérant
Anaérobie
strict
Microaérophile
Préfère
l’oxygène
Ignore
l’oxygène
L’oxygène
est toxique
Les bases des différentes réponses à l’oxygène
L’oxygène est facilement réduit en produits
toxiques
Radical superoxyde
Peroxyde d’hydrogène
Radical hydroxyle
Les aérobies produisent des enzymes de
protection
Superoxide dismutase (SOD)
Catalase
L’oxygène et la croissance bactérienne
La croissance des anérobies
Le système Gas Pak
Approches possibles:
Milieu anaérobie spécial contenant des agents réducteurs
comme le thioglycolate ou la cystéine.
On enlève l’air à l’aide d’une pompe à vide et on expulse l’O2
résiduel avec de l’azote.
Système Gas Pak ou sacs de plastiques (systèmes scellés).
De l’hydrogène et de l’anhydride
carbonique sont produits par une
enveloppe Gas Pak. Un catalyseur
contenant du palladium catalyse
la formation d’eau à partir d’hydrogène
et d’oxygène, éliminant ainsi l’oxygène
du contenant scellé.
La pression
Organismes barotolérants
Affectés de façon défavorable par une
augmentation de pression, mais pas autant
que les bactéries non tolérantes.
Organismes barophiles
Croissance plus rapide à des pressions
élevées.
Les radiations
Dommages causés par des radiations
Les radiations ionisantes
Rayons X et gamma.
Mutations mort.
Modifient la structure chimique de différentes
molécules, incluant l’ADN.
La lumière ultraviolette (UV)
Mutations mort
Engendre la formation de dimères
de thymine au niveau de l’ADN.
Les dommages au niveau de l’ADN
peuvent parfois être réparés par des
mécanismes:
Photoréactivation – Les dimères sont clivés
en présence de lumière.
Réaction à l’obscurité – Les
dimères sont excisés et
remplacés en absence de
lumière.
Dommages causés par des radiations
La croissance microbienne dans des
environnements naturels
L’environnement des micro-organismes
est complexe et en perpétuel changement.
Dans un endroit particulier, les micro-
organismes sont exposés à de nombreux
gradients chevauchants de nutriments et
d’autres facteurs du milieu.
Loi du minimum de Leibig
La biomasse totale d’un organisme sera déterminée par l’élément nutritif présent en moindre quantité par rapport aux exigences de l’organisme.
Loi de tolérance de Shelford
Il y a des limites dans les facteurs environnementaux au-dessous et au-dessus desquelles un organisme ne peut survivre et se développer quelque soit l’apport en nutriment.
Limitation de la croissance par des facteurs
environnementaux
Les biofilms
Communautés complexes de micro-organismes
enveloppés dans un mucus. Une fois fixés, les
micro-organismes commencent à libérer des
polysaccharides, des protéines et de l’ADN qui
permettent aux cellules d’adhérer de manière
plus stable à la surface.
La communication intercellulaire dans les
populations microbiennes
