La Croissance Bactérienne Croissance Bactérienne Fission Binaire

2016-06-28
La Croissance Bactérienne
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Croissance Bactérienne
• Augmentation du nombre de cellules
• La bactérie se reproduit par fission binaire
– (12, 24….2n)
• Les mesures de la croissance représentent des
suivis des changements dans le nombre total
de cellules ou de la masse des cellules
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Fission Binaire
• Reproduction asexuée
– Réplication d’ADN  élongation cellulaire
formation du septum septum complété et
formation de la paroi séparation cellulaire et
formation de cellules filles
• La quantité de toutes les molécules double : protéines,
ADN, ARN, lipides pour les membranes, matériaux de la
paroi, etc.
• Tout est distribué de façon quasi égale
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ADN
Réplication
ADN
Élongation
cellulaire
Une génération
Formation du septum
Formation du
septum complété et
synthèse de la
paroi
Séparation des cellules 4
Croissance en Culture Discontinue (Batch)
• Système FERMÉ
– Aucun ajout de nouveaux nutriments
– Pas d’élimination des déchets
– Les cellules ne sont pas retirées
• Ex. Production de yogourt, fermentation de la bière,
infection sanguine
• La densité cellulaire augmente jusqu’à ce que
quelque chose devienne limitant
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Profil de Croissance en Culture
Discontinue
Exponentielle
Stationnaire Mortalité
Log10 du nombre de cellules
Latence
Inoculation (Temps = 0)
Temps
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Phase de Latence ou d’Adaptation
• Aucune augmentation dans le nombre ou la
masse de cellules
• Synthèses de composantes requises pour la
croissance dans un milieu donné
– Adaptation métabolique
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Phase Exponentielle ou
Logarithmique
• Développement et division cellulaire à vitesse
maximale
• Le nombre et la masse cellulaire doublent à
des intervalles réguliers
• Population en équilibre physiologique et
biochimique
• Nombre et la masse de cellules augmente par
un facteur exponentiel (2n)
– n = nombre de division ou de générations
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Division Exponentielle
1er doublement
2e doublement
3e doublement
4e doublement
Nb final de cellules (N) = nombre initial de cellules (N0) X (2n)
n = nombre de générations
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Division Exponentielle
Temps
Nombre de
(h)
générations (n)
Nombre de
cellules (N)
Temps
(h)
Nombre de
générations (n)
Nombre de
cellules (N)
0
0
1 (20)
4.5
9
512 (29)
0.5
1
2 (21)
5
10
1024 (210)
1
2
4 (22)
5.5
11
2048 (211)
1.5
3
8 (23)
6
12
4096 (212)
2
4
16 (24)
6.5
13
8192 (213)
2.5
5
32 (25)
7
14
16384 (214)
32768 (215)
3
6
64 (26)
7.5
15
3.5
7
128 (27)
8
16
65536 (216)
4
8
256 (28)
8.5
17
131072 (217)
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Paramètres de la Phase Log
• Temps de génération: g
– Temps requis pour que le nombre de cellules
double
• g = Δt/n
• Nombre de division : n
– Nombre de fois le nombre de cellules double
• N = No (2n)
• Taux de croissance: µ
– Taux auquel le nombre de cellules change en
fonction du temps
• µ = ln2/g
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Calcul
• Après 4 h de croissance une culture d’E.coli
passe de 100 cellules à 6.6 X 106 cellules
– Quel était n pour la période de 4h?
– Quel est le temps de génération?
– Quel est le taux de croissance
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Calcul
• E. coli a un temps de génération de 20
minutes. Si vous commencez avec 1 cellule
d’E. coli combien en aurez-vous après 2
heures?
• Après 5 heures?
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Paramètres de Croissance à partir
d’un Graphique
Tracé Arithmétique
Tracé Logarithmique
140000
1000000
100000
Nombre de cellules
Nombre de cellules
120000
100000
80000
60000
40000
10000
1000
100
10
20000
0
1
0
2
4
6
Temps (h)
8
10
0
2
4
6
8
10
Temps (h)
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Paramètres de Croissance à partir
d’un Graphique
Tous les paramètres de croissance doivent être déterminés à partir de la phase
logarithmique!
Dans ce cas-ci, entre 40-190 min.
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Lecture d’une échelle logarithmique
1 23456 78
9
Quelle est cette valeur?
106
107
108
109
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Le Taux de Croissance - µ
• La croissance en
fonction du temps:
Cellules/ml
Pente: 0.05
Population
double en
6h
Cellules/ml
Pente: 0.15
Population
double en
2h
– Plus le temps de
génération est court, plus
la croissance est rapide
– Plus la croissance est
rapide, plus la pente est
abrupte
– g=6 heures; pente 0.05
– g=2 heures; pente 0.15
Temps (h)
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Déterminer le Temps de Génération
Méthode 1:
• Choisir deux points qui
représentent un doublement du
nombre de cellules
• Ex. 10 et 20
• Déterminer l’écart de temps
g
Méthode 2:
• Choisir n’importe quel deuxpoints et déterminer les
coordonnés. (Nombre de
cellule et temps)
• Calculer n pour l’écart de temps
• Calculer g: Δt/n
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Phase Stationnaire
• Arrêt de la croissance cellulaire
• Population n’est plus en équilibre
• Arrêt en raison d’un manque de nutriments,
d’oxygène ou à une accumulation excessive de
déchets, etc.
• Représente le rendement de croissance maximal
sous les conditions données
– Yg : Masse de microorganismes formés/Masse (g) de
substrat consommé
– Ym: Masse de microorganismes formés/mole de
substrat consommé
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Phase de Mortalité
• Perte de viabilité exponentielle en raison d’un
manque de nutriments ou d’une exposition
prolongée à des déchets
• Pas nécessairement une perte de masse
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Biofilms
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C’est quoi les Biofilms?
• En nature plus de 90% des toutes les bactéries
vivent dans des biofilms
• Les biofilms sont des collections de
microorganismes qui se forment sur des
surfaces solides
• Ex. La plaque dentaire et plaque et la pellicule
visqueuse qui se forme sur les surfaces dans
les zones aquatiques
Problèmes Causés par les Biofilms
• Ont tendance à boucher les tuyaux et les
filtres à eau
• Peut causer de nombreuses maladies, y
compris de nombreuses maladies communes
dans les hôpitaux
• Très résistants aux antibiotiques
• Peut se former presque partout où il y a de
l'eau, y compris des cathéters, des comptoirs
de cuisine, etc.
Formation des Biofilms
• Se forme dans des endroits qui ont accès à
l'eau
• Se fixe aux surfaces solides par plusieurs
moyens:
• Fimbriae
• Parois cellulaires hydrophobes
• Polymères collants
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Altruisme Parmi les Microorganismes
• Les biofilms sont comme de petites villes
• Avoir beaucoup de voisins très proches qui
restent ensemble pendant de longues
périodes de temps
• Les biofilms encouragent l'altruisme
• Les bactéries sacrifient leur taux de croissance
maximum afin d’utiliser les ressources
communautaires plus efficacement
• Bien que les individus sont désavantagés, la
communauté dans son ensemble bénéficie
Fermentation par la Levure
Fermentation en Société
• Le procédé de la fermentation est essentiel
pour…
– Production de carburant d'éthanol
– Fabrication du pain (la levure fait lever le pain)
– Boissons alcoolisées
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Pourquoi la Fermentation?
• Fermentation: Métabolisme énergétique
cellulaire fait en absence d’oxygène (anaérobie)
• Les levures sont souvent utilisées comme
fermenteurs
• Elles consomment des sucres pour la libération
d'énergie et des sous-produits tels que
l'éthanol et du dioxyde de carbone
• La fermentation industrielle est le procédé par
lequel l'éthanol est créé à partir de matières
végétales renouvelables
Composantes de la Fermentation
• La fermentation comporte ...
– Substrats - habituellement un sucre
– Produit - la substance créée (éthanol)
• La fermentation nécessite un organisme qui
peut utiliser des substrats en absence
d'oxygène
– La levure (Saccharomyces) est souvent
l'organisme de choix
Convertir le Glucose en Éthanol
• Glycolyse:
–
–
–
–
Plus commun des sentiers glycolytiques
Oxydation partielle du glucose au pyruvate
Production nette de 2 ATP
2 NAD sont réduits au NADH
Chacune de ces étapes
procède deux fois pour
chaque molécule de glucose
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Fermentation - Éthanolique
• Capteur d’électron organique - Acétaldéhyde
• Régénération de NAD +
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