CHAPITRE 3 NUTRITION ET CROISSANCE MICROBIENNE

CHAPITRE 3 : NUTRITION ET CROISSANCE MICROBIENNE
I) Les besoins nutritifs
La nutrition est un paramètre permettant l’étude de bactéries. Leurs sources sont variables
dans la nature, on peut observer des compétitions entre bactéries dans certaines niches
écologiques. Dans ces niches, il peut exister d’autres microorganismes qui peuvent s’adapter
aux conditions physiologiques. On peut également parler de niches agressives aux conditions
extrêmes.
On retrouve 6 éléments majeurs : C, O, H, N, P, S, tous indispensables à la cellule (en
concentrations de g/L), et 4 éléments mineurs : K+, Na+, Ca++, Fe++ (en mg/L ou µg/L)
indispensables pour la respiration, le fonctionnement de la membrane et les cytochromes.
II) Les différents types nutritionnels
Le type de nutrition dépend de :
- la présence de carbone
- la source d’énergie
- les sources de protons ou d’électrons, bases des réactions d’oxydoréduction
indispensables à la survie de la cellule
2.1. En fonction de la présence de carbone
Les bactéries autotrophes utilisent le CO2 (carbone inorganique).
Les bactéries hétérotrophes récupèrent le carbone à partir de la dégradation de matières
organiques (sucres…).
Tous les produits de la nature peuvent être dégradés par les bactéries (biodégradation), les
bactéries contribuent donc à la détoxification de la planète. Seulement nous rejetons de plus
en plus de produits non biodégradables (sacs plastiques).
2.2. En fonction des sources d’énergie
Les bactéries phototrophes sont capables de photosynthèse, les bactéries sont responsables
de la moitié de la photosynthèse terrestre.
Les bactéries chimiotrophes captent l’énergie chimique.
2.3. En fonction des sources de protons et d’électrons
Les bactéries organotrophes récupèrent les protons et les électrons à partir de l’oxydation
de produits organiques.
Les bactéries lithotrophes les captent dans des milieux inorganiques (rocheux), elles
seraient le point de départ de la chaîne alimentaire.
Type
Autophotolithotrophes
Autochimiolithotrophes
Hétérophotoorganotrophes
Hétérochimioorganotrophes
Source (carbone/énergie/protons et électrons)
CO2, photons, matière inorganique
CO2, matière organique ou inorganique
matière organique, photons, matière organique
matière organique
Certains microorganismes peuvent effectuer une prise nutritionnelle mixte, ce sont des
mixotrophes (majoritaires).
Les bactéries prototrophes peuvent assurer leur croissance en absence de facteurs de
croissance.
Les bactéries auxotrophes ont des mutations qui les empêchent de se nourrir correctement
et ont besoin de facteurs de croissance.
Parmi les facteurs de croissance, on retrouve :
- les acides aminés
- les vitamines
- les purines et pyrimidines
Par exemple pour les Leuconostoc on doit ajouter une quarantaine de facteurs de croissance
différents.
III) Les milieux
3.1. Milieu solide
On utilise en culture une protéine agar dérivée d’algue, la solidification se fait à 42/45°C,
on peut y ajouter des facteurs de croissance. Pour certaines bactéries, on utilise la gélose à
laquelle on peut ajouter des enzymes.
Les milieux de culture riches permettent le développement de la plupart des bactéries (il est
composé d'extraits de viande ou de plante, ce qui apporte tous les genres de nutriments
nécessaires à la cellule), tous les facteurs de croissance sont donc présents.
Les milieux minimums ne permettent la croissance qu'à un petit groupe de bactérie, ce qui
permet déjà une première évaluation du type bactérien présent et aussi limite les risques de
contamination.
Les milieux sélectifs ou différentiels (utilisés en microbiologie médicale) favorisent la
croissance de groupes connus de bactéries, ce qui permet leur identification.
3.2. Milieu liquide
Ce type de milieu est essentiellement composé d’eau et de facteurs de croissance.
IV) Croissance
4.1. Courbe de croissance
On étudie la croissance d’une population bactérienne et non pas d’une seule bactérie. Dans
la nature les microorganismes vivent avec des facteurs limitants. Pendant la croissance, les
bactéries produisent des macromolécules (ADN, ARN, lipides, protéines) et des petites
molécules (acides aminés, molécules organiques et autres molécules nécessaires à leur
croissance). On peut calculer un temps de génération.
- Phase de latence, temps d’adaptation des microorganismes
=> la longueur dépend de facteurs internes (type de la bactérie) ou exogènes
(concentration du milieu en protons, etc…)
=> il y a synthèse de macro et micromolécules (ARN, ADN, ribosomes, ATP)
- Phase de croissance exponentielle
=> lorsque les conditions sont homogènes
=> processus de croissance optimale
=> observation de la capacité maximale d'un microorganisme à se développer
=> la durée dépend de la génétique microbienne
NT = N 0 " 2 n (avec N0 : nombre initial de bactéries, n : nombre de génération)
donc log NT = log N 0 + n log2
donc
!
!
n=
log NT " log N 0
log2
On peut compter NT par méthode de dilution puis étalage sur une boîte de pétri.
- Phase stationnaire !
=> phase d'équilibre entre la division cellulaire et la lyse
=> exprime le manque de nutriment dans le milieu, l'épuisement des réserves
Si les bactéries n'expriment pas le gène Sur (survivor) :
- Phase de mortalité
=> les bactéries sont en conditions défavorables, les autolysines réalisent donc la
destruction de la paroi ou de la membrane, conduisant à la lyse massive des bactéries, mais le
contenu du cytosol se retrouve donc dans le milieu et peut être utilisé par les bactéries encore
vivantes comme un facteur de croissance
4.2. Comptage
Pour compter les bactéries on utilise le principe de dilution, on étale les différentes
dilutions sur des boîtes de pétri puis on compte le nombre de colonies s'étant développées. On
connaît le nombre théorique de bactéries présentes dans une colonie, on peut donc calculer le
nombre de bactéries présentes dans le mélange bactérien d'origine.
4.3. Culture continue
C’est un système de croissance en patch. L’approche la plus utilisée est le chemostat
(industrie). Au fur à mesure de la croissance, on pourra ajouter des nutriments pour ne pas
arrêter la croissance. Le chemostat est un système permettant le contrôle de la concentration
en soluté et permettant de suivre la croissance bactérienne en fonction de plusieurs
paramètres.
D= F/V avec: D = dilution en h-1
V= volume en ml
F= Débit en ml / h
On enregistre grâce à ce système plusieurs paramètres : la concentration en substrat, la
concentration des cellules, le temps de division bactérienne et la production en bactéries
sortantes.
4.4. Culture synchrone
- En théorie dans une culture pure (une seule cellule) en patch, la phase
exponentielle devrait correspondre à une alternance de phase de
croissance et de plateau, dessinant ainsi un escalier.
- Cependant quand on a une culture bactérienne composée de plusieurs
bactéries, celles-ci ne se divisent pas toute en même temps =>
linéarisation.
- On pourrait imaginer synchroniser toutes les divisions grâce à une induction, mais ce
phénomène ne peut pas être maintenu très longtemps (3 à 4 cycles max).
Rendement = biomasse / substrat
Une bactérie dont la phase stable est plus élevée sera plus rentable, car ceci induit que la
biomasse est plus importante.
L’ATP permet de juger de l'énergétique d'une bactérie.