Nutrition, croissance et facteurs environnementaux - Chap 2.docx

# Besoins nutritifs et classification des bactéries Voici une synthèse détaillée sur les besoins nutritifs et la classification des bactéries, prête pour votre examen. ## 1. Besoins nutritifs et classification des bactéries Ce sujet aborde les nutriments essentiels à la croissance bactérienne et les différentes façons de classifier les bactéries selon leurs sources d'énergie, d'électrons et de carbone. ### 1.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries ont besoin de divers éléments pour leur croissance, qui peuvent être classés en plusieurs catégories : #### 1.1.1 Le carbone Le carbone est un élément fondamental pour toute forme de vie. Les bactéries nécessitent principalement du **carbone organique**, sous forme de glucides, d'acides gras, ou de protéines. * **Bactéries hétérotrophes :** Elles utilisent le carbone organique comme source. La plupart des bactéries peuvent métaboliser le glucose, mais certaines souches sont spécialisées dans l'utilisation de molécules plus complexes comme les acides aminés ou le lactose. * **Bactéries autotrophes :** Elles sont capables de fixer le dioxyde de carbone ($CO_2$) et de le réduire pour synthétiser leurs propres molécules organiques. Cela nécessite une source d'énergie et d'électrons. * **Bactéries méthanotrophes :** Un type particulier de bactéries qui utilisent le méthane ($CH_4$) comme unique source de carbone. Leur classification est ambivalente, étant donné que le méthane est organique mais que leur mode de synthèse ressemble à celui des autotrophes. #### 1.1.2 L'azote L'azote est indispensable. La plupart des bactéries peuvent assimiler les acides aminés et les bases azotées. Cependant, dans de nombreux environnements, ces ressources peuvent être limitantes. Les bactéries peuvent donc utiliser des sources d'azote inorganiques, telles que l'ammoniaque ($NH_3$), l'ion ammonium ($NH_4^+$), ou les nitrates ($NO_3^-$). * **Assimilation de l'ammonium :** L'ammonium peut être incorporé directement dans les acides aminés, comme la glutamate, via une réaction nécessitant du $NADPH$ (réaction de faible affinité). * **Assimilation des nitrates :** Les nitrates sont d'abord réduits en ammonium avant d'être assimilés. * **Assimilation en cas de faible concentration d'ammonium :** Lorsque l'ammonium est rare, les bactéries peuvent convertir le glutamate en glutamine, une réaction qui nécessite de l'ATP. * **Fixation du diazote :** Certaines bactéries rares (cyanobactéries, Rhizobium) sont capables de fixer le diazote ($N_2$), une molécule très stable, mais ce processus est très coûteux énergétiquement. #### 1.1.3 Le phosphore et le soufre * **Phosphore :** Le phosphate inorganique ($PO_4^{3-}$) peut être directement incorporé dans l'ATP lors de la phosphorylation. * **Soufre :** Le soufre peut être incorporé sous forme de sulfure d'hydrogène ($H_2S$). Une réaction simple permet de le greffer en remplacement d'un groupe hydroxyle ($OH$) dans une molécule organique, libérant de l'acétate. De nombreuses bactéries réduisent d'abord le sulfate ($SO_4^{2-}$) en sulfure pour l'incorporer, notamment dans la cystéine. #### 1.1.4 Sels minéraux et oligo-éléments Les bactéries ont besoin de macroéléments comme le sodium ($Na^+$), le potassium ($K^+$), le magnésium ($Mg^{2+}$), et le chlore ($Cl^-$) pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments, tels que le manganèse ($Mn$), le cobalt ($Co$), et surtout le fer ($Fe$), sont des cofacteurs enzymatiques essentiels au métabolisme, notamment pour les transferts d'électrons. Le fer est souvent un élément limitant. #### 1.1.5 Facteurs de croissance Ce sont des composés que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit donc importer du milieu. Ils incluent des vitamines, des acides aminés et des bases azotées. * **Auxotrophie :** Une bactérie est dite **auxotrophe** pour un facteur de croissance si elle est incapable de le synthétiser. Par exemple, une bactérie auxotrophe pour la biotine (vitamine B7) doit la trouver dans son milieu de culture. * **Prototrophie :** Une bactérie **prototrophe** est capable de synthétiser tous ses besoins en vitamines, acides aminés et bases azotées. Les bactéries phototrophes sont souvent prototrophes. > **Tip :** Il est crucial de ne pas confondre une bactérie **auxotrophe** (qui a besoin d'un nutriment externe) et une bactérie **autotrophe** (qui synthétise sa propre matière organique à partir de sources inorganiques). ### 1.2 Classification des bactéries : Types nutritionnels Les bactéries peuvent être classées selon trois critères principaux : leur source d'énergie, leur source d'électrons, et leur source de carbone. #### 1.2.1 Source d'énergie * **Phototrophes :** Utilisent la lumière comme source d'énergie. * **Chimiotrophes :** Utilisent des composés chimiques comme source d'énergie. #### 1.2.2 Source d'électrons * **Lithotrophes :** Utilisent des donneurs d'électrons inorganiques (ex: $H_2$, $NH_4^+$). * **Organotrophes :** Utilisent des donneurs d'électrons organiques (ex: glucose). #### 1.2.3 Combinaison des sources En combinant ces sources, on obtient différentes catégories : * **Photo-litho-autotrophes :** Source d'énergie lumineuse, source d'électrons inorganique, source de carbone $CO_2$. Exemple : Cyanobactéries. * **Photo-organo-hétérotrophes :** Source d'énergie lumineuse, source d'électrons organique, source de carbone organique. * **Chimio-litho-autotrophes :** Source d'énergie chimique, source d'électrons inorganique, source de carbone $CO_2$. Exemple : Nitrosomonas europaea. * **Chimio-organo-hétérotrophes :** Source d'énergie chimique, source d'électrons organique, source de carbone organique. C'est le type le plus courant, incluant la majorité des bactéries pathogènes et saprophytes. Exemple : E. coli, Staphylococcus aureus. > **Exemple :** Une bactérie qui croît en présence de lumière, utilise $CO_2$ comme source de carbone, et $H_2O$ comme source d'électrons serait une photo-litho-autotrophe. ### 1.3 Capture des nutriments Les bactéries utilisent différents mécanismes pour faire entrer les nutriments dans leur cellule : #### 1.3.1 Diffusion passive Pour les petites molécules non polaires comme $O_2$, $CO_2$, $H_2O$, qui traversent directement la membrane plasmique en suivant leur gradient de concentration. #### 1.3.2 Diffusion facilitée Des protéines membranaires (perméases, porines chez les Gram-négatives) facilitent le passage de molécules hydrophiles suivant leur gradient de concentration, sans dépense d'énergie. #### 1.3.3 Transport actif Permet d'importer des molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant une dépense d'énergie métabolique. * **Transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) :** Utilisent l'hydrolyse de l'ATP pour transporter des solutés (acides aminés, sucres, phosphate inorganique) à travers la membrane. * **Symport / Antiport :** Couplent le transport d'une molécule avec celui d'un proton ($H^+$) ou d'un ion sodium ($Na^+$) suivant son gradient. Ces gradients sont maintenus par la force proton-motrice. * **Transport de groupe (Système PTS - Phosphotransférase de Sucres) :** Le soluté est modifié (souvent phosphorylé) lors de son passage à travers la membrane, utilisant le phosphoénolpyruvate (PEP) comme donneur de phosphate. Ce système permet à la fois l'importation et la phosphorylation du sucre, économisant de l'ATP. #### 1.3.4 Transport spécifique pour les oligo-éléments Le fer, par exemple, est capté via des **sidérophores**. Ce sont des molécules sécrétées par la bactérie qui chélatent le fer ($Fe^{3+}$), formant un complexe stable qui est ensuite réimporté par des transporteurs ABC. ### 1.4 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les nutriments nécessaires à la croissance bactérienne. Leur composition varie en fonction des besoins des bactéries. * **Milieu défini (synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus avec précision. Un milieu minimum contient une source de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux et des oligo-éléments. Seules les bactéries prototrophes peuvent y croître. * **Milieu complexe :** Contient des composants dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure). Ils fournissent de nombreux facteurs de croissance et permettent de cultiver des bactéries non fastidieuses. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe auquel on a ajouté des nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries fastidieuses. * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries, favorisant ainsi celles recherchées. * **Milieu différentiel :** Contient des composants permettant de distinguer différentes souches de bactéries par des réactions observables (ex: changement de couleur). > **Exemple :** Le milieu de MacConkey est sélectif car les sels biliaires et le violet de gentiane inhibent les bactéries Gram-positives, permettant la croissance des bactéries Gram-négatives. Il est aussi différentiel car la fermentation du lactose par certaines bactéries Gram-négatives produit des colonies roses. ### 1.5 Classification basée sur l'influence de l'environnement L'environnement joue un rôle crucial dans la croissance bactérienne, menant à des classifications basées sur la tolérance à différents facteurs : #### 1.5.1 Température Les bactéries ont des **températures cardinales** : minimale, optimale, et maximale. * **Psychrophiles :** Optimale à basse température ($<15$ °C). * **Mésophiles :** Optimale à température modérée ($20-45$ °C) ; la plupart des bactéries pathogènes et de laboratoire sont mésophiles. * **Thermophiles :** Optimale à haute température ($45-80$ °C). * **Hyperthermophiles :** Optimale à très haute température ($>80$ °C). Les adaptations impliquent des modifications structurales des protéines (interactions hydrophobes, proline) et des lipides membranaires (acides gras insaturés pour les psychrophiles, saturés et cycliques pour les thermophiles). #### 1.5.2 Oxygène * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** L'oxygène est toxique ; elles ne possèdent pas les enzymes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase qui détoxifient les espèces réactives de l'oxygène (ERO). * **Anaérobies aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour leur métabolisme. Possèdent la SOD mais pas forcément la catalase. * **Aérobies facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène, mais préfèrent l'oxygène. Possèdent SOD et catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène mais à faible concentration, car une forte concentration leur est toxique. Possèdent la SOD mais pas forcément la catalase. > **Tip :** Les anaérobies strictes nécessitent des conditions de culture spéciales, souvent dans des **enceintes anaérobies** ou avec des milieux contenant des agents réducteurs comme le thioglycolate. #### 1.5.3 pH * **Acidophiles :** Optimal à pH acide ($<5.5$). * **Neutrophiles :** Optimal à pH neutre ($6.5-7.5$) ; la plupart des bactéries sont neutrophiles. * **Alcalophiles :** Optimal à pH basique ($>8.5$). Les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie, comme l'exportation de protons via l'ATP synthase inversée ou l'utilisation d'antiporteurs. #### 1.5.4 Concentration en sel * **Halophiles :** Nécessitent une forte concentration en sel pour leur croissance. * **Halotolérantes :** Tolèrent une gamme étendue de concentrations salines, préférant des conditions moins salines. * **Non halophiles :** Croissent mieux à faible concentration saline. Les bactéries répondent au stress osmotique en accumulant des **solutés compatibles** (acides aminés, polyols) pour équilibrer la pression osmotique. #### 1.5.5 Activité de l'eau ($A_w$) L'activité de l'eau ($A_w$) mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques. Une $A_w$ élevée (proche de 1) signifie une grande disponibilité de l'eau, tandis qu'une $A_w$ faible (proche de 0) limite la croissance. Les aliments avec une faible $A_w$ se conservent mieux. > **Exemple :** Les aliments frais ont une $A_w$ proche de 1, permettant la croissance de nombreuses bactéries. Le salami a une $A_w$ d'environ 0.85, où seuls les staphylocoques (halotolérants) peuvent encore croître. #### 1.5.6 Radiations Les radiations ionisantes et les UV sont nocifs pour les bactéries, causant des dommages à l'ADN. Les bactéries ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour y survivre. Les UV-C sont particulièrement utilisés pour la stérilisation. Cette synthèse couvre les aspects essentiels des besoins nutritifs et de la classification des bactéries, vous fournissant une base solide pour votre préparation à l'examen. --- # Mécanismes de capture et de transport des nutriments Voici une synthèse détaillée sur les mécanismes de capture et de transport des nutriments, essentielle pour votre étude. ## 2. Mécanismes de capture et de transport des nutriments Les bactéries possèdent une variété de mécanismes pour acquérir les nutriments essentiels de leur environnement, allant de processus passifs à des systèmes de transport actifs très spécifiques, permettant de surmonter les gradients de concentration et d'importer des molécules même lorsque celles-ci sont rares. ### 2.1 Principes généraux de l'apport nutritif La survie et la croissance bactérienne dépendent de l'apport de divers nutriments, notamment des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, de sels minéraux, d'oligo-éléments et, pour certaines, de facteurs de croissance spécifiques. #### 2.1.1 Besoins en carbone Le carbone est le squelette de toutes les molécules organiques. Les bactéries peuvent être classées selon leur source de carbone : * **Bactéries hétérotrophes :** Utilisent des sources de carbone organique complexes (glucides, acides gras, protéines). De nombreuses souches sont spécialisées dans la métabolisation de sucres spécifiques comme le lactose. * **Bactéries autotrophes :** Capables de fixer le dioxyde de carbone ($CO_2$) et de le réduire en composés organiques, nécessitant une source d'énergie et d'électrons. * **Bactéries méthanotrophes :** Utilisent le méthane ($CH_4$) comme seule source de carbone. Elles sont parfois classées à part, car bien que le méthane soit organique, sa simplicité impose à la bactérie une synthèse complexe de molécules organiques. #### 2.1.2 Besoins en azote L'azote est crucial pour la synthèse d'acides aminés, de bases azotées et d'autres composés. * La plupart des bactéries peuvent incorporer des acides aminés ou des bases azotées directement. * Lorsque ces composés sont limitants, les bactéries assimilent des sources d'azote inorganique comme l'ammoniaque ($NH_3$) ou les ions ammonium ($NH_4^+$). * En présence d'ammonium à forte concentration, l'assimilation peut se faire par amination réductrice de l'alpha-cétoglutarate en glutamate, nécessitant du $NADPH$. * En présence d'ammonium à faible concentration, la voie de l'aminotransférase convertit le glutamate en glutamine, ce qui consomme une molécule d'$ATP$. * Certaines bactéries, comme les cyanobactéries et les Rhizobium, sont capables de fixer le diazote ($N_2$), un processus complexe et énergivore. #### 2.1.3 Besoins en phosphore et soufre * Le phosphore est principalement requis sous forme de phosphate inorganique ($PO_4^{3-}$), essentiel pour la synthèse d'$ATP$ et des acides nucléiques. * Le soufre peut être incorporé sous forme inorganique (sulfate $SO_4^{2-}$ ou sulfure d'hydrogène $H_2S$) ou organique. Les bactéries peuvent réduire le sulfate en sulfure pour l'assimiler, notamment pour la synthèse de la cystéine. #### 2.1.4 Sels minéraux et oligo-éléments Des ions comme le sodium ($Na^+$), le potassium ($K^+$), le magnésium ($Mg^{2+}$) et le chlore ($Cl^-$) sont nécessaires en quantités plus importantes pour maintenir l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments (fer, manganèse, cobalt, etc.) sont essentiels en tant que cofacteurs enzymatiques, le fer étant particulièrement critique pour les processus de transfert d'électrons. #### 2.1.5 Facteurs de croissance Certaines bactéries ne sont pas capables de synthétiser toutes les molécules organiques complexes nécessaires à leur croissance, comme les vitamines, les acides aminés ou les bases azotées. Elles doivent alors importer ces "facteurs de croissance" du milieu. * Une bactérie qui ne peut pas synthétiser une substance spécifique est dite **auxotrophe** pour cette substance (ex: auxotrophe pour la biotine). * Une bactérie capable de synthétiser toutes ces molécules est dite **prototrophe**. * Les bactéries autotrophes sont généralement prototrophes. ### 2.2 Mécanismes de capture et de transport des nutriments Les membranes bactériennes sont des barrières sélectives, nécessitant des mécanismes spécifiques pour l'importation des nutriments. #### 2.2.1 Diffusion passive Ce mécanisme simple permet le passage des petites molécules non polaires (comme $O_2$, $CO_2$) à travers la bicouche lipidique de la membrane, sans dépense d'énergie et en suivant le gradient de concentration. #### 2.2.2 Diffusion facilitée Ce processus permet le passage de molécules hydrophiles (solubles dans l'eau) à travers la membrane, également sans dépense d'énergie et en suivant le gradient de concentration. Il est médiatisé par des protéines membranaires : * **Perméases :** Protéines spécifiques qui lient et transportent une molécule particulière. * **Porines :** Canaux dans la membrane externe des bactéries à Gram négatif, laissant passer des molécules de petite taille (jusqu'à environ 600-700 Da). #### 2.2.3 Transport actif Ce mécanisme permet d'importer des molécules **contre leur gradient de concentration**, ce qui nécessite une dépense d'énergie métabolique. Il existe plusieurs systèmes de transport actif : ##### 2.2.3.1 Transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) Ces systèmes utilisent l'hydrolyse de l'$ATP$ comme source d'énergie. Ils sont composés de plusieurs éléments : * Une ou deux protéines transmembranaires formant un canal. * Une ou deux protéines liant l'$ATP$ (protéines de liaison aux nucléotides), qui hydrolysent l'$ATP$ pour fournir l'énergie nécessaire au transport. * Une protéine de liaison au soluté dans l'espace périplasmique (chez les Gram-négatifs) ou ancrée à la membrane (chez les Gram-positifs), qui capte spécifiquement le nutrient à transporter. L'ensemble protéine de liaison-soluté se fixe ensuite à la protéine transmembranaire, et l'hydrolyse de l'$ATP$ permet le passage du soluté à travers la membrane. Les transporteurs ABC sont utilisés pour l'importation d'acides aminés, de sucres et de phosphate inorganique. ##### 2.2.3.2 Symport et Antiport (Transporteurs à gradient) Ces systèmes utilisent le gradient électrochimique d'un ion (souvent un proton $H^+$ ou un ion sodium $Na^+$) à travers la membrane plasmique pour alimenter le transport d'une autre molécule. * **Symport :** Deux solutés sont transportés dans la même direction. Par exemple, un symporteur à proton peut importer simultanément un soluté (comme le lactose ou un acide aminé) et un proton, lorsque le proton descend son gradient de concentration. * **Antiport :** Deux solutés sont transportés dans des directions opposées. Un ion descend son gradient et entraîne le mouvement d'une autre molécule dans la direction inverse. La force proton motrice (ou force ionique motrice) est le moteur principal de ces systèmes, fournissant l'énergie métabolique nécessaire au transport actif. ##### 2.2.3.3 Transport de groupe (Système PTS - PhosphoTransfert Sugar) Ce système est principalement utilisé par les bactéries anaérobies facultatives et certains anaérobies pour importer des sucres (comme le glucose) tout en les phosphorylant simultanément. * Le phosphate provient du phosphoénolpyruvate ($PEP$), un intermédiaire de la glycolyse. L'hydrolyse du $PEP$ en pyruvate libère de l'énergie, qui est transférée séquentiellement à travers une série de protéines (E1, HPr, IIA, IIB). * Le sucre est transporté à travers la membrane et phosphorylé en glucose-6-phosphate par la protéine IIB. * Ce système permet d'importer le sucre et de le maintenir à l'intérieur de la cellule sous une forme phosphorylée, ce qui évite la diffusion retour et le besoin d'une molécule d'$ATP$ supplémentaire pour la phosphorylation. #### 2.2.4 Systèmes spécialisés pour le transport d'oligo-éléments (ex: Fer) Le fer est essentiel mais souvent peu soluble dans les milieux aqueux, surtout sous forme ferrique ($Fe^{3+}$). Pour pallier cela, les bactéries sécrètent des molécules appelées **sidérophores**. * Les sidérophores sont des chélateurs de haute affinité qui se lient au fer ferrique. * Le complexe sidérophore-fer est ensuite reconnu et capté par des transporteurs membranaires spécifiques, souvent des transporteurs ABC. ### 2.3 Milieux de culture : un reflet des besoins nutritifs La conception des milieux de culture doit tenir compte de la diversité des besoins nutritionnels bactériens. * **Milieu défini (ou synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus précisément. Un milieu minimum est un milieu défini contenant uniquement les nutriments inorganiques et une source de carbone simple, adapté aux bactéries prototrophes. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure), fournissant une gamme de nutriments et de facteurs de croissance. Adapté aux bactéries hétérotrophes non fastidieuses. * **Milieu enrichi :** Un milieu complexe auquel on ajoute des composants spécifiques pour cultiver des bactéries exigeantes (fastidieuses). * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries et/ou favorisent celle d'autres, permettant de les isoler. * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches de bactéries par des changements observés (ex: changement de couleur, halo) lors de leur croissance. **> Tip:** Il est essentiel de ne pas confondre "auxotrophe" (qui a besoin d'un facteur de croissance externe) et "autotrophe" (qui synthétise sa propre matière organique à partir de $CO_2$). **> Exemple:** Une bactérie qui a besoin de lumière, d'une source inorganique d'électrons ($H_2$, $NH_4^+$), et de $CO_2$ comme source de carbone est une photolithoautotrophe. Si elle a besoin de biotine pour croître, elle est auxotrophe pour la biotine. --- # Milieux de culture et techniques de croissance bactérienne Voici un résumé détaillé sur les milieux de culture et les techniques de croissance bactérienne, conçu pour une préparation d'examen : ## 3. Milieux de culture et techniques de croissance bactérienne Ce sujet aborde la composition et la classification des milieux de culture utilisés pour la croissance bactérienne, ainsi que les méthodes de quantification et la compréhension des phases de croissance des bactéries. ### 3.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries ont des besoins nutritifs variés qui dépendent de leur type nutritionnel. Ces besoins incluent des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux, des oligo-éléments et, parfois, des facteurs de croissance spécifiques. #### 3.1.1 Source de carbone * **Hétérotrophes :** Utilisent le carbone organique (glucides, acides gras, protéines, peptides). La majorité des bactéries entrent dans cette catégorie. Différentes souches sont spécialisées dans l'utilisation de types de carbone organique spécifiques (par exemple, le glucose est largement utilisé, mais certains préfèrent les acides aminés ou le lactose). * **Autotrophes :** Capables de fixer le $\text{CO}_2$ (dioxyde de carbone), nécessitant de l'énergie métabolique pour cette réduction. * **Méthanotrophes :** Un groupe à part qui utilise le méthane ($\text{CH}_4$) comme seule source de carbone. Ce sont des molécules organiques simples, mais leur capacité à synthétiser toutes leurs propres molécules complexes à partir de $\text{CH}_4$ les rapproche des autotrophes. #### 3.1.2 Source d'énergie et d'électrons (Types nutritionnels) Les types nutritionnels classifient les bactéries selon leurs sources d'électrons, d'énergie et de carbone. * **Source d'énergie :** * **Phototrophes :** Source d'énergie lumineuse. * **Chimiotrophes :** Source d'énergie chimique. * **Source d'électrons :** * **Organotrophes :** Source d'électrons organique (ex: glucose). * **Lithotrophes :** Source d'électrons inorganique (ex: $\text{H}_2$, $\text{NH}_4^+$). #### 3.1.3 Source d'azote La plupart des bactéries peuvent incorporer des acides aminés (aa) et des bases azotées. L'azote peut être sous forme inorganique (ammoniaque, ammonium $\text{NH}_4^+$, nitrate $\text{NO}_3^-$). * **Assimilation de l'ammonium :** L'ammonium peut être directement incorporé dans les acides aminés (ex: formation de glutamate à partir d'alpha-cétoglutarate avec $\text{NH}_3$ et $\text{NADPH}$). Cette réaction a une faible affinité pour l'ammonium. * **Assimilation du nitrate :** Le nitrate est d'abord réduit en ammonium avant d'être assimilé. * **Formation de glutamine :** Si l'ammonium est en faible quantité, la bactérie peut transformer le glutamate en glutamine en utilisant de l'ATP. * **Fixation du diazote :** Très rare (ex: cyanobactéries, *Rhizobium*), convertit l'azote gazeux ($\text{N}_2$) en formes utilisables, un processus très coûteux en énergie. #### 3.1.4 Phosphore et soufre * **Phosphore :** Généralement sous forme de phosphate inorganique, directement incorporable dans l'ATP lors de la phosphorylation. * **Soufre :** Peut être sous forme inorganique (ex: sulfure d'hydrogène $\text{H}_2\text{S}$, qui peut être incorporé en une étape) ou organique. De nombreuses bactéries réduisent le sulfate en sulfure pour l'incorporer (ex: dans la cystéine). #### 3.1.5 Sels minéraux et oligo-éléments Les sels minéraux comme $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Cl}^-$ sont nécessaires en grande quantité pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments (ex: $\text{Mn}$, $\text{Co}$, $\text{Fe}$) sont des cofacteurs enzymatiques essentiels. Le fer est particulièrement important pour les échanges d'électrons et peut être un élément limitant. #### 3.1.6 Facteurs de croissance Ce sont des nutriments essentiels que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit importer. Ils incluent des vitamines, des acides aminés et des bases azotées. * **Protophote :** Capable de synthétiser tous ses facteurs de croissance. * **Auxotrophe :** Dépendant d'un ou plusieurs facteurs de croissance spécifiques (ex: auxotrophe pour la biotine si elle ne peut pas la synthétiser). ### 3.2 Capture des nutriments Les bactéries utilisent plusieurs mécanismes pour importer les nutriments : * **Diffusion passive :** Molécules petites et non polaires traversant librement la membrane (ex: $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$). Ne nécessite pas d'énergie. * **Diffusion facilitée :** Molécules polaires traversant la membrane grâce à des protéines de transport (perméases, porines chez les Gram-). Ne nécessite pas d'énergie mais suit le gradient de concentration. * **Transport actif :** Importation de molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie métabolique. * **Transporteurs à cassette ABC :** Impliquent une protéine transmembranaire, une protéine de liaison au soluté dans le périplasme et une ATPase pour fournir l'énergie par hydrolyse de l'ATP. Utilisé pour les acides aminés, certains sucres et le phosphate inorganique. * **Symport / Antiport :** Utilise le gradient de protons (force proton motrice) ou de sodium pour co-transporter une molécule avec un proton ou un ion. * **Transport de groupe (Système PTS) :** Le substrat est modifié chimiquement (généralement phosphorylé) pendant le transport, en utilisant l'énergie du phosphoénolpyruvate (PEP). Permet l'import et la phosphorylation simultanés (ex: glucose-6-phosphate lors de l'import du glucose). L'énergie provient de la dernière étape de la glycolyse. * **Transport du fer :** Le fer est chélaté par des sidérophores, puis le complexe est importé via des transporteurs ABC. Le fer ferrique ($\text{Fe}^{3+}$) est peu soluble en milieu aérobie. ### 3.3 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les éléments nécessaires à la croissance bactérienne. Ils sont adaptés aux besoins spécifiques des différentes bactéries. * **Milieu défini (synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus précisément. * **Milieu minimum :** Contient une source de carbone, de phosphore, de soufre, d'azote minéral et des ions essentiels. Ne contient pas de facteurs de croissance, donc ne permet que la croissance des bactéries prototrophes. Permet d'étudier les besoins nutritifs spécifiques. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition chimique précise n'est pas entièrement connue (ex: peptones, extraits de levure). Ces milieux fournissent une large gamme de nutriments et facteurs de croissance, permettant la culture de nombreuses bactéries chimiotrophes non "fastidieuses". * **Milieu enrichi :** Un milieu complexe additionné d'un ou plusieurs nutriments spécifiques (ex: gélose au sang). Utilisé pour les bactéries "fastidieuses" qui ont des exigences nutritives plus strictes. * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries, tout en favorisant celle d'autres. Permet de sélectionner des types de bactéries dans un mélange. * Exemples : Milieu de Chapman (haute concentration en $\text{NaCl}$ pour les staphylocoques), Milieu de Baird-Parker (inhibiteurs pour staphylocoques), Milieu MacConkey (sels biliaires et violet de gentiane pour inhiber les Gram+ et sélectionner les Gram-). * **Milieu différentiel :** Contient des composants qui permettent de distinguer différentes souches de bactéries par leurs réactions métaboliques. * Exemples : Milieu de Chapman (fermentation du mannitol par *S. aureus* change le pH), Milieu de Baird-Parker (réduction du tellurite, production de lécithinase), Milieu MacConkey (fermentation du lactose par les coliformes produit des colonies roses), Gélose SS (colonies noires pour Salmonella, claires pour Shigella). Certains milieux peuvent être à la fois sélectifs et différentiels. ### 3.4 Croissance bactérienne : Techniques de dénombrement Quantifier le nombre de bactéries est essentiel. * **Technique d'étalement sur boîte de gélose :** 1. Réaliser une série de dilutions en cascade de l'échantillon liquide. 2. Prélever un volume connu (ex: 1 mL) et le mélanger avec de la gélose fondue (en surfusion) ou l'étaler sur une boîte de gélose. 3. Incuber les boîtes. 4. Compter les colonies formées (une colonie provenant d'une bactérie viable). On privilégie les boîtes contenant entre 30 et 300 colonies. * **Calcul :** Nombre de colonies $\times$ facteur de dilution / volume étalé. Le résultat est exprimé en Unités Formant Colonies ($\text{UFC}/\text{mL}$). * **Turbidimétrie :** * Mesure de la turbidité (trouble) d'une culture liquide due à la présence de cellules bactériennes. * Utilise un spectrophotomètre pour mesurer la densité optique (DO) à une longueur d'onde donnée (ex: 600 nm). * Relation linéaire entre la DO et le nombre de bactéries en suspension selon la loi de Beer-Lambert ($DO = k \times \text{concentration}$). * **Inconvénient :** Ne distingue pas les bactéries vivantes des bactéries mortes. Moins sensible que la technique d'étalement pour les faibles concentrations (nécessite environ $10^7$ bactéries/mL pour être efficace). ### 3.5 Phases de croissance bactérienne en système fermé La croissance d'une population bactérienne en milieu liquide peut être représentée par une courbe de croissance, généralement tracée en utilisant une échelle logarithmique pour le nombre de bactéries. * **Phase de latence :** Période d'adaptation pendant laquelle les bactéries synthétisent les enzymes nécessaires à la croissance. Pas de division visible. * **Phase de croissance exponentielle :** Les bactéries se divisent à un rythme constant, doublant leur population à intervalles réguliers (temps de génération). Le taux de croissance maximal ($\mu_{\text{max}}$) est atteint. * Formule : $N_t = N_0 \times 2^n$, où $N_t$ est le nombre de bactéries au temps $t$, $N_0$ est le nombre de bactéries au début de la phase exponentielle, et $n$ est le nombre de générations. * Pour calculer le temps de génération ($g$) : $g = t/n$. $n$ peut être calculé à partir des logarithmes : $n = (\log N_t - \log N_0) / \log 2$. * Le temps de génération varie considérablement selon les espèces et les conditions environnementales. * **Phase stationnaire :** La croissance ralentit ou s'arrête en raison de l'épuisement des nutriments ou de l'accumulation de produits toxiques. * **Phase de déclin (mort) :** Le nombre de bactéries viables diminue car les conditions deviennent très défavorables. #### 3.5.1 Croissance en biofilms Dans la nature, de nombreuses bactéries forment des **biofilms**, des communautés microbiennes associées à une surface. Ce mode de vie présente des avantages (protection, accès aux nutriments). * **Formation de biofilm :** Implique plusieurs étapes : attachement initial, adhésion définitive, synthèse d'exopolymères, maturation, et dispersion. * **Communication par perception du quorum (Quorum Sensing, QS) :** Les bactéries communiquent entre elles via des molécules signal (auto-inducteurs) dont la concentration augmente avec la densité de population. * **Bactéries Gram-négatives :** Utilisent généralement des acyl-homosérine lactones (AHL) comme signaux (système LuxI/LuxR). * **Bactéries Gram-positives :** Utilisent souvent des oligopeptides comme signaux (système agr chez *S. aureus*). * Le QS régule des comportements collectifs, y compris la formation et la dispersion des biofilms, et la production de facteurs de virulence. ### 3.6 Influence de l'environnement sur la croissance bactérienne Plusieurs facteurs environnementaux influencent la croissance bactérienne : température, oxygène, pH, concentration en sel, disponibilité de l'eau, et radiations. #### 3.6.1 Température Chaque bactérie possède des températures cardinales : minimale, optimale et maximale de croissance. * **Psychrophiles :** Optimale à basse température ($<10^\circ\text{C}$). Leurs protéines sont flexibles et leurs membranes riches en acides gras insaturés. * **Mésophiles :** Optimale à température modérée ($20-45^\circ\text{C}$). La plupart des pathogènes humains sont mésophiles. * **Thermophiles :** Optimale à haute température ($>45^\circ\text{C}$). Leurs protéines sont stables et leurs membranes riches en acides gras saturés ou cyclisés. * **Hyperthermophiles :** Optimale à des températures très élevées ($>80^\circ\text{C}$). Les protéines et les lipides membranaires sont adaptés à la température de croissance optimale. Les psychrophiles expriment des protéines antigel, tandis que les thermophiles utilisent des protéines chaperonnes. #### 3.6.2 Oxygène La présence d'oxygène détermine le mode de respiration : * **Aérobies strictes :** Nécessitent l'oxygène comme accepteur final d'électrons et possèdent des enzymes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase pour détoxifier les espèces réactives de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** Ne supportent pas l'oxygène et sont dépourvues de SOD et de catalase. * **Aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour la respiration ; possèdent la SOD mais pas toujours la catalase. * **Aérobie facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène (via respiration ou fermentation) ; possèdent la SOD et la catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent l'oxygène mais à faible concentration ; possèdent la SOD mais pas toujours la catalase. La culture des anaérobies strictes nécessite des conditions spécifiques (cloches anaérobies, milieux avec thioglycolate, indicateurs d'oxygène comme le bleu de méthylène). #### 3.6.3 pH Les bactéries ont également des préférences de pH : * **Acidophiles :** Croissent mieux en milieu acide (pH $< 5.5$). * **Neutrophiles :** Croissent mieux autour du pH neutre (pH $6.5-7.5$). La plupart des bactéries courantes sont neutrophiles. * **Alcalophiles :** Croissent mieux en milieu basique (pH $> 8.0$). Malgré le pH externe, les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie (ex: utilisation de l'ATP synthase en sens inverse pour exporter des protons, antiporteurs). #### 3.6.4 Concentration en sel * **Non halophiles :** Préfèrent de faibles concentrations de $\text{NaCl}$. * **Halotolérantes :** Tolèrent des concentrations élevées de $\text{NaCl}$ mais ont une croissance optimale à faible concentration (ex: *Staphylococcus*). * **Halophiles :** Nécessitent des concentrations élevées de $\text{NaCl}$ pour leur croissance optimale. * **Halophiles extrêmes :** Requises des concentrations de $\text{NaCl}$ très élevées. Pour résister aux stress osmotiques (milieux hypertoniques), les bactéries accumulent des solutés compatibles (acides aminés, glycérol, etc.) pour augmenter la pression osmotique interne. En milieu hypotonique, elles réduisent leur concentration en solutés compatibles ou les excrètent. #### 3.6.5 Activité de l'eau ($\text{Aw}$) L'activité de l'eau ($\text{Aw}$) représente la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques et la croissance microbienne. Elle varie de 0 (eau indisponible) à 1 (eau pure). * Une $\text{Aw}$ élevée (proche de 1) permet la croissance de nombreuses bactéries. * Une $\text{Aw}$ plus faible (ex: dans les aliments déshydratés ou salés) inhibe la croissance bactérienne, favorisant potentiellement les moisissures à des $\text{Aw}$ intermédiaires. * Les aliments avec une faible $\text{Aw}$ se conservent mieux à température ambiante. #### 3.6.6 Radiations Les radiations ionisantes ($\alpha$, $\beta$, $\gamma$) et les UV peuvent endommager l'ADN bactérien. Les bactéries ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour y faire face. Les UV-C sont utilisés pour la stérilisation. --- Ce résumé couvre les concepts clés des milieux de culture, des besoins nutritifs, des techniques de croissance et de dénombrement, ainsi que l'influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne, essentiels pour la réussite à l'examen. --- # Influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne Voici un résumé détaillé sur l'influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne, conçu pour un guide d'étude universitaire. ## 4. Influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne Cette section explore comment divers facteurs environnementaux, tels que la température, l'oxygène, le pH, la teneur en sel, la disponibilité de l'eau et les radiations, affectent la croissance et la survie des bactéries. ### 4.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries nécessitent diverses ressources pour leur croissance, notamment des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux, des oligo-éléments et, parfois, des facteurs de croissance spécifiques. #### 4.1.1 Source de carbone * **Carbone organique :** La majorité des bactéries utilisent des sources de carbone organiques comme les glucides, les acides gras ou les protéines. Les bactéries hétérotrophes dépendent de ces composés. * **Carbone inorganique (CO2) :** Les bactéries autotrophes sont capables de fixer le dioxyde de carbone (CO2) pour synthétiser leurs propres molécules organiques, nécessitant une source d'énergie et d'électrons. * **Méthanotrophes :** Ces bactéries utilisent le méthane (CH4) comme unique source de carbone. Bien que le méthane soit organique, leur capacité à synthétiser toutes leurs molécules complexes à partir de ce composé simple les distingue des hétérotrophes classiques et les rapproche des autotrophes. #### 4.1.2 Type nutritionnel Les types nutritionnels classent les bactéries selon leur source d'énergie, leur source d'électrons et leur source de carbone : * **Source d'énergie :** * **Chimiotrophe :** Utilise une source d'énergie chimique. * **Phototrophe :** Utilise une source d'énergie lumineuse. * **Source d'électron :** * **Organotrophe :** Utilise une source organique d'électrons (ex: glucose). * **Lithotrophe :** Utilise une source inorganique d'électrons (ex: H2, NH4+). #### 4.1.3 Source d'azote La plupart des bactéries incorporent des acides aminés (aa) ou des bases azotées. Lorsque ces formes organiques sont limitantes, elles utilisent des sources d'azote inorganiques comme l'ammoniaque (NH3), l'ammonium (NH4+) ou les nitrates. L'ammonium peut être directement incorporé dans les aa via l'amination réductrice (utilisant le $\alpha$-cétoglutarate et le NADPH) ou via la glutamine synthétase si l'ammonium est rare. La fixation du diazote (N2) est une capacité rare, détenue par des bactéries comme les cyanobactéries et *Rhizobium*. #### 4.1.4 Phosphore et soufre Le phosphore est souvent incorporé sous forme de phosphate inorganique pour la synthèse d'ATP. Le soufre peut être utilisé sous forme de sulfure d'hydrogène (H2S) directement ou après réduction des sulfates en sulfures, incorporés notamment dans la cystéine. #### 4.1.5 Sels minéraux et oligo-éléments Des éléments comme le sodium (Na), le potassium (K) et le chlore (Cl) sont nécessaires pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Des oligo-éléments tels que le magnésium (Mg), le cobalt (Co) et surtout le fer (Fe) sont essentiels comme cofacteurs enzymatiques et pour les transferts d'électrons. Le fer est souvent un élément limitant. #### 4.1.6 Facteurs de croissance Ce sont des composés organiques (vitamines, aa, bases azotées) que la bactérie ne peut pas synthétiser et doit importer. * **Auxotrophe :** Une bactérie qui a besoin d'un ou plusieurs facteurs de croissance. Par exemple, une bactérie auxotrophe pour la biotine (B7) doit l'avoir dans son milieu de culture. * **Prototrophe :** Une bactérie capable de synthétiser tous ses facteurs de croissance nécessaires. > **Tip :** Il est crucial de distinguer un *auxotrophe* (qui *a besoin* d'un facteur externe) d'un *autotrophe* (qui *produit* ses propres composés organiques à partir de CO2). ### 4.2 Capture des nutriments Les nutriments pénètrent dans la cellule bactérienne par différents mécanismes : * **Diffusion passive :** Passage libre des petites molécules (O2, CO2, H2O) à travers la bicouche lipidique. * **Diffusion facilitée :** Transport de molécules hydrophiles à travers la membrane sans dépense d'énergie, suivant le gradient de concentration, grâce à des perméases ou des porines (chez les Gram négatives). * **Transport actif :** Import de molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie. Les systèmes incluent : * **Transporteurs ABC :** Impliquent une protéine de fixation, une protéine transmembranaire formant un pore, et une source d'énergie (hydrolyse d'ATP). Utilisés pour les acides aminés, certains sucres, et le phosphate inorganique. * **Symport / Antiport :** Co-transport d'une molécule avec un ion (proton ou sodium) suivant le gradient de cet ion pour importer la molécule. * **Transport de groupe (Système PTS) :** Le substrat (souvent un sucre comme le glucose) est transporté et phosphorylé simultanément, l'énergie provenant du phosphoénolpyruvate (PEP). Ce système est fréquent chez les anaérobies facultatives. * **Transport de fer :** Les sidérophores (molécules chélatrices sécrétées) capturent le fer ferrique (Fe3+) très insoluble, forment un complexe qui est ensuite réimporté par des systèmes ABC. ### 4.3 Milieux de culture L'élaboration d'un milieu de culture adapté est essentielle en raison de la diversité des besoins nutritionnels bactériens. * **Milieu défini (synthétique) :** Composition chimique précisément connue. Un **milieu minimum** est un milieu défini contenant uniquement les nutriments essentiels (source de carbone, azote, phosphore, soufre, sels minéraux, oligo-éléments), permettant de cultiver des bactéries prototrophes. * **Milieu complexe :** Contient des composants dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure), fournissant divers facteurs de croissance. Permet de cultiver de nombreuses bactéries chimio-hétérotrophes non exigeantes. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe auquel on ajoute des nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries exigeantes (fastidieuses), comme la gélose au sang. * **Milieu sélectif :** Contient des inhibiteurs ou des composants favorisant la croissance de certains groupes bactériens tout en en limitant d'autres (ex: milieu de Chapman avec NaCl élevé pour les staphylocoques, milieu MacConkey pour les Gram négatif). * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches de bactéries sur la base de leurs propriétés métaboliques visibles (ex: fermentation du mannitol sur milieu de Chapman, production de colonies roses sur milieu MacConkey par fermentation du lactose). > **Tip :** Un milieu peut être à la fois sélectif et différentiel. ### 4.4 Croissance bactérienne et dénombrement Quantifier la population bactérienne peut se faire par : * **Dénombrement de colonies :** Après dilutions en cascade et étalement sur gélose, chaque colonie formée est supposée provenir d'une seule bactérie vivante (Unité Formant Colonie - UFC). La formule est : Nombre de colonies × Facteur de dilution / Volume étalé. * **Turbidimétrie :** Mesure de la densité optique (DO) d'un milieu liquide troublé par la croissance bactérienne. La DO est proportionnelle au nombre de bactéries (Loi de Beer-Lambert), mais ne distingue pas les cellules vivantes des mortes. ### 4.5 Phases de croissance bactérienne En système fermé (batch), la croissance bactérienne suit généralement quatre phases, représentées sur une échelle logarithmique : 1. **Phase de latence (lag phase) :** Adaptation au nouveau milieu, synthèse des enzymes nécessaires. 2. **Phase de croissance exponentielle :** Division rapide et constante, la population double à intervalles réguliers (temps de génération). Le temps de génération ($g$) se calcule par $g = \frac{t}{n}$, où $t$ est le temps et $n$ le nombre de générations ($n = \frac{\log N_t - \log N_0}{\log 2}$). 3. **Phase stationnaire :** Ralentissement ou arrêt de la croissance dû à l'épuisement des nutriments ou à l'accumulation de déchets toxiques. 4. **Phase de mort ("death phase") :** Diminution du nombre de bactéries viables dans un milieu épuisé. > **Tip :** L'utilisation d'une échelle logarithmique est essentielle pour identifier précisément la phase exponentielle et calculer le temps de génération. ### 4.6 Biofilms De nombreuses bactéries vivent dans l'environnement sous forme de biofilms : communautés microbiennes associées à une surface, souvent plurispécifiques et enrobées d'une matrice de polysaccharides extracellulaires (EPS). * **Cycle de vie :** Inclut l'attachement initial, l'adhésion définitive, la synthèse d'EPS, la maturation, et la dispersion. * **Quorum sensing (QS) :** Système de communication bactérienne basé sur la densité de population. Les bactéries produisent et détectent des molécules signal (auto-inducteurs) pour coordonner des comportements collectifs comme la formation de biofilms ou l'expression de facteurs de virulence. * **Bactéries Gram négatif :** Utilisent principalement les acyl-homosérine lactones (AHL) comme auto-inducteurs (système LuxI/LuxR chez *Vibrio fischeri*). * **Bactéries Gram positif :** Utilisent généralement des oligopeptides comme auto-inducteurs (système agr chez *Staphylococcus aureus*). ### 4.7 Influence de la température La température a un impact majeur sur la croissance bactérienne, définie par des températures cardinales : minimale, optimale et maximale. * **Psychrophiles :** Croissent à basse température (< 15°C). Leurs protéines sont flexibles et leurs membranes riches en acides gras insaturés. * **Mésophiles :** Croissent à des températures modérées (20-45°C), incluant la plupart des pathogènes humains. Les bactéries de laboratoire sont souvent mésophiles. * **Thermophiles :** Croissent à haute température (45-80°C). Leurs protéines sont stables et leurs membranes riches en acides gras saturés, cycliques ou branchés. * **Hyperthermophiles :** Croissent à des températures très élevées (> 80°C). > **Tip :** Les enzymes de bactéries psychrophiles sont utiles pour les détergents à basse température, tandis que celles des thermophiles sont précieuses en biotechnologie (ex: ADN polymérase thermorésistante pour la PCR). ### 4.8 Influence de l'oxygène Les bactéries varient dans leur utilisation et leur tolérance à l'oxygène : * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène pour leur métabolisme respiratoire. * **Anaérobies strictes :** L'oxygène est toxique ; elles ne possèdent pas d'enzymes pour neutraliser les espèces réactives de l'oxygène (ERO) comme la superoxyde dismutase (SOD) ou la catalase. * **Aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour leur métabolisme. Possèdent la SOD mais pas la catalase. * **Aérobies facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène, utilisant la respiration aérobie lorsque l'oxygène est disponible. Possèdent SOD et catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène mais en faible concentration, car une forte concentration leur est toxique. Possèdent la SOD mais pas la catalase. > **Tip :** Pour cultiver des anaérobies strictes, on utilise des cloches anaérobies qui éliminent l'oxygène par réaction chimique, ou des milieux contenant des agents réducteurs comme le thioglycolate. ### 4.9 Influence du pH Le pH du milieu externe affecte la stabilité des protéines et des membranes. Les bactéries ont des préférences de pH : * **Acidophiles :** Croissent à pH bas (< 5.5), certaines extrêmes (pH ≈ 2). * **Neutrophiles :** Croissent à pH proche de la neutralité (6.5-7.5), la plupart des bactéries communes. * **Alcalophiles :** Croissent à pH élevé (8-11). > **Tip :** Indépendamment du pH externe, le pH cytoplasmique doit rester proche de la neutralité pour assurer la fonction cellulaire. Les bactéries maintiennent cet homéostasie par des mécanismes de transport actif de protons (ex: ATP synthase inversée en milieu acide, antiport Na+/H+ en milieu alcalin). ### 4.10 Influence de la teneur en sel (Salinité) La concentration en sels (principalement NaCl) dans le milieu influence la pression osmotique. * **Halotolérantes :** Tolèrent une large gamme de concentrations salines, mais préfèrent des conditions moins salines (ex: *Staphylococcus aureus*). * **Halophiles :** Nécessitent une concentration de NaCl élevée pour leur croissance optimale (> 1M), certaines extrêmes (> 3M). * **Non halophiles :** Ne tolèrent que de faibles concentrations salines. > **Tip :** En milieu hypertonique (forte concentration saline), les bactéries accumulent des solutés compatibles (proline, glutamate, glycine bétaïne) pour équilibrer la pression osmotique. En milieu hypotonique, elles réduisent la concentration de ces solutés ou sécrètent des solutés via des pores mécanosensibles. *Halobacterium* (archéobactérie) accumule du K+ pour contrer le Na+ extérieur. #### 4.10.1 Activité de l'eau (Aw) L'activité de l'eau (Aw) mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques. Elle est inversement proportionnelle à la concentration en solutés (sel, sucre) et varie de 0 à 1. * Une Aw élevée (proche de 1) permet la croissance de la plupart des bactéries (ex: aliments frais). * Une Aw faible (ex: aliments déshydratés, salés) inhibe la croissance de nombreuses bactéries, mais peut permettre celle des moisissures ou de bactéries halotolérantes. * La conservation des aliments repose souvent sur la réduction de l'Aw. ### 4.11 Influence des radiations Les radiations peuvent être nocives pour les bactéries : * **Radiations ionisantes (alpha, bêta, gamma) :** Induisent la formation d'espèces réactives de l'oxygène toxiques pour l'ADN. Utilisées pour la stérilisation. * **Rayons ultraviolets (UV-B, UV-C) :** UV-C sont les plus énergétiques et nocifs, endommageant l'ADN. Utilisés pour la stérilisation de l'eau et des surfaces. Les bactéries exposées aux radiations ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour survivre. --- # Adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et communication Voici un résumé de synthèse sur l'adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et leur communication. ## 5. Adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et communication Ce sujet explore les stratégies physiologiques et structurelles que déploient les bactéries pour survivre dans des environnements extrêmes, ainsi que les mécanismes de communication intercellulaire, notamment le quorum sensing et la formation de biofilms. ### 5.1 Besoins nutritifs et types nutritionnels des bactéries Les bactéries ont des besoins fondamentaux en éléments nutritifs pour leur croissance, qui varient selon leur type nutritionnel. #### 5.1.1 Besoins nutritifs essentiels * **Carbone :** Source d'énergie et de structure. * **Hétérotrophes :** Utilisent du carbone organique (glucides, lipides, protéines). La plupart peuvent utiliser le glucose, d'autres des acides aminés ou le lactose. * **Autotrophes :** Fixent le dioxyde de carbone (CO2) en utilisant de l'énergie métabolique. * **Méthanotrophes :** Utilisent le méthane (CH4) comme seule source de carbone, se situant entre hétérotrophes et autotrophes. * **Azote :** Essentiel pour la synthèse des acides aminés et des bases azotées. * Peut être organique (acides aminés, bases azotées) ou inorganique (ammoniaque, ammonium, nitrate). * L'incorporation de l'ammonium se fait souvent via l'amination réductrice (formation de glutamate à partir d'alpha-cétoglutarate et d'ammoniaque, nécessitant du NADPH) ou par amination de glutamate pour former de la glutamine (nécessitant de l'ATP). * La fixation du diazote est réalisée par peu de bactéries (cyanobactéries, Rhizobium). * **Phosphore :** Principalement sous forme de phosphate inorganique, utilisé pour la synthèse d'ATP. * **Soufre :** Peut être organique ou inorganique. Le sulfate peut être réduit puis incorporé, ou le sulfure d'hydrogène peut être directement utilisé pour la synthèse de composés soufrés. * **Sels minéraux et oligo-éléments :** Nécessaires en petites quantités pour l'équilibre ionique et comme cofacteurs enzymatiques (ex: Mg2+, K+, Cl-, Fe2+/Fe3+). Le fer est souvent un élément limitant. * **Facteurs de croissance :** Substances que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit importer (vitamines, acides aminés, bases azotées). Les bactéries qui en dépendent sont dites auxotrophes. Les bactéries capables de tout synthétiser sont dites prototrophes. #### 5.1.2 Types nutritionnels Les bactéries sont classées selon leurs sources d'énergie, d'électrons et de carbone : * **Source d'énergie :** * **Phototrophes :** Utilisent la lumière. * **Chimiotrophes :** Utilisent des composés chimiques. * **Source d'électrons :** * **Organotrophes :** Utilisent des sources organiques d'électrons (ex: glucose). * **Lithotrophes :** Utilisent des sources inorganiques d'électrons (ex: H2, NH4+). **Exemples de combinaisons :** * **Photolithoautotrophes :** Utilisent lumière, composés inorganiques et CO2 (ex: cyanobactéries comme Anabaena Cylindrical). * **Chimiolithoautotrophes :** Utilisent énergie chimique, composés inorganiques et CO2 (ex: Nitrosomonas europaea). * **Photoorganoheterotrophes :** Utilisent lumière, composés organiques et carbone organique (ex: Rhodospirillum rubrum). * **Chimiohétérotrophes :** Utilisent énergie chimique, composés organiques et carbone organique (la majorité des bactéries pathogènes). #### 5.1.3 Capture des nutriments Les bactéries utilisent plusieurs mécanismes pour absorber les nutriments : * **Diffusion passive :** Pour les petites molécules liposolubles (O2, CO2) traversant la membrane lipidique. * **Diffusion facilitée :** Utilise des transporteurs membranaires (perméases, porines pour les Gram-) pour les molécules hydrophiles, sans dépense d'énergie, selon le gradient de concentration. * **Transport actif :** Déplace les molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie (ATP ou gradient de protons/sodium). * **Transporteurs ABC :** Impliquent une protéine transmembranaire, une protéine de fixation du soluté dans le périplasme et une hydrolyse d'ATP. Utilisés pour importer des acides aminés, sucres, et phosphate. * **Symport / Antiport :** Co-transport d'une molécule avec un ion (proton ou sodium) qui suit son gradient. * **Transport de groupe (Système PTS - PEP-Sugar Phosphotransferase System) :** Importe et phosphoryle simultanément le substrat (ex: glucose en glucose-6-phosphate) en utilisant le phosphoénolpyruvate (PEP) comme donneur de phosphate. Fréquent chez les anaérobies facultatives. * **Transport de fer :** Utilise des sidérophores qui chélatent le Fe3+ et forment un complexe réimporté par des transporteurs ABC. #### 5.1.4 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les nutriments nécessaires à la croissance bactérienne. * **Milieu défini (synthétique) :** Composition chimique connue précisément. Un milieu minimum contient une source de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des ions et des oligo-éléments. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition exacte n'est pas toujours connue (ex: peptones, extrait de levure). Permet de cultiver des bactéries non exigeantes. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe additionné de nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries "fastidieuses". * **Milieu sélectif :** Contient des inhibiteurs pour empêcher la croissance de certains groupes bactériens et favoriser celle d'autres (ex: milieu de Chapman avec NaCl élevé, milieu MacConkey pour Gram-). * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches par des réactions biochimiques visibles sur le milieu (ex: fermentation du mannitol ou du lactose). ### 5.2 Croissance bactérienne et dénombrement #### 5.2.1 Techniques de dénombrement * **Dénombrement de colonies :** Dilutions en cascade de l'échantillon, étalement sur gélose, incubation et comptage des colonies (Unité Formant Colonie - UFC). L'idéal est de 30 à 300 colonies par boîte. * Formule : Nombre de colonies $\times$ facteur de dilution / volume étalé. * **Turbidimétrie :** Mesure de la densité optique (DO) d'une culture liquide, corrélée au nombre de bactéries (loi de Beer-Lambert). Indique la présence de bactéries vivantes ou mortes. #### 5.2.2 Phases de croissance En système fermé (batch), la croissance bactérienne suit plusieurs phases : * **Phase de latence :** Adaptation au nouveau milieu, synthèse des enzymes nécessaires. * **Phase de croissance exponentielle :** Division cellulaire rapide et constante, population double à intervalles réguliers (temps de génération). * Formule : $N_t = N_0 \times 2^n$, où $N_t$ est le nombre à l'instant $t$, $N_0$ le nombre au début de la phase exponentielle, et $n$ le nombre de générations. * Temps de génération ($g$) : $g = t/n$. * **Phase stationnaire :** Ralentissement ou arrêt de la croissance dû à l'épuisement des nutriments ou à l'accumulation de toxines. * **Phase de déclin ("mort") :** Diminution du nombre de bactéries viables. > **Tip :** L'utilisation d'une échelle logarithmique pour représenter la concentration bactérienne au cours du temps est essentielle pour identifier clairement la phase de croissance exponentielle et calculer le temps de génération de manière précise. #### 5.2.3 Facteurs influençant la croissance Plusieurs facteurs environnementaux affectent la croissance bactérienne : * **Température :** * Chaque bactérie possède des températures cardinales (minimale, optimale, maximale). * **Psychrophiles :** Optimale basse température (< 15 °C). Protéines flexibles, membranes fluides. * **Mésophiles :** Optimale température modérée (20-45 °C). La plupart des bactéries pathogènes et d'intérêt laboratoire (ex: $E. coli$, $S. aureus$). * **Thermophiles :** Optimale haute température (45-80 °C). Protéines stables, membranes moins fluides. * **Hyperthermophiles :** Optimale très haute température (> 80 °C), souvent des Archées. * Les protéines des psychrophiles sont moins stables, celles des thermophiles sont plus stables grâce à des interactions hydrophobes accrues, plus de proline, et des ponts hydrogène. Les membranes des psychrophiles contiennent des acides gras insaturés, celles des thermophiles des chaînes plus longues et saturées ou des structures cycliques. * **Oxygène :** * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** Ne supportent pas l'oxygène. * **Anaérobies aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas. * **Aérobies facultatives :** Peuvent utiliser l'oxygène mais peuvent aussi croître en son absence. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène, mais à faible concentration. * Les anaérobies manquent d'enzymes détoxifiantes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase, qui neutralisent les formes réactives de l'oxygène (ROS). > **Tip :** Pour cultiver des anaérobies strictes en laboratoire, on utilise des cloches à anaérobie qui piègent l'oxygène en le faisant réagir avec du dihydrogène produit chimiquement. * **pH :** * **Neutrophiles :** Croissent autour de pH neutre (7.0 $\pm$ 1.5). La plupart des bactéries, y compris $E. coli$. * **Acidophiles :** Croissent en milieu acide (pH < 5.5). Certains sont extrêmophiles (ex: Sulfolobus, Ferroplasma à pH 2). * **Alcalophiles :** Croissent en milieu basique (pH 8-11). * Les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie, souvent en dépensant de l'énergie (ex: utilisation de l'ATP synthase en sens inverse pour exporter des protons en milieu acide chez $E. coli$). * **Concentration en sel (Salinité) :** * **Non halophiles :** Optimum de croissance à faible concentration de NaCl (environ 0.2 M). * **Halotolérantes :** Tolèrent de fortes concentrations de NaCl mais préfèrent des conditions moins salines (ex: $Staphylococcus$). * **Halophiles :** Nécessitent des concentrations élevées de NaCl pour croître (> 1 M). * **Halophiles extrêmes :** Nécessitent des concentrations de NaCl très élevées (> 3 M), souvent des Archées (ex: Halobacterium). * En milieu hypertonique, les bactéries accumulent des solutés compatibles (acides aminés, polyols) pour rééquilibrer la pression osmotique et retenir l'eau. En milieu hypotonique, elles réduisent leur contenu en solutés ou excrètent des solutés via des canaux. * **Activité de l'eau (Aw) :** Mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques (0 à 1). Une Aw faible limite la croissance microbienne. * Les aliments frais ont une Aw élevée (> 0.98), permettant la croissance de nombreuses bactéries. * Une Aw plus faible (ex: salami à 0.85) ne permet que la croissance de bactéries plus résistantes (ex: staphylocoques halotolérants). * Une Aw très faible (< 0.6, aliments déshydratés) empêche la croissance bactérienne et assure la conservation. * **Radiations :** Les radiations ionisantes et les UV-C sont nocives car elles endommagent l'ADN. Certaines bactéries possèdent des mécanismes de réparation de l'ADN efficaces. ### 5.3 Biofilms et communication bactérienne #### 5.3.1 Biofilms Les biofilms sont des communautés microbiennes organisées adhérentes à une surface, entourées d'une matrice extracellulaire protectrice (EPS - exopolysaccharides). * **Formation :** Processus dynamique incluant l'attachement initial, l'adhésion définitive, la maturation du biofilm (production d'EPS, croissance), et la dispersion des cellules. * **Avantages :** Protection contre les agents antimicrobiens, le système immunitaire, la dessiccation, et facilitent les interactions intercellulaires. * **Applications :** Peuvent être bénéfiques (stations d'épuration, biorémédiation) ou nuisibles (infections chroniques, encrassement industriel). #### 5.3.2 Communication intercellulaire : Quorum sensing (QS) Le quorum sensing est un mécanisme de communication basé sur la densité de population, permettant aux bactéries de coordonner des comportements collectifs. * **Principe :** Production et détection de molécules signal (auto-inducteurs). Lorsque leur concentration atteint un seuil critique (quorum), cela déclenche des réponses génétiques coordonnées. * **Systèmes chez les Gram- :** Utilisation de N-acyl-homosérine lactones (AHLs) comme auto-inducteurs. Le système LuxI/LuxR de $Vibrio fischeri$ est un exemple canonique où LuxI synthétise les AHLs et LuxR (une protéine régulatrice) les détecte, activant l'expression de gènes cibles (boucle de rétroaction positive). * Exemples : $Pseudomonas aeruginosa$ (plusieurs systèmes QS pour virulence et biofilms), $Agrobacterium tumefaciens$ (transfert de plasmides). * **Systèmes chez les Gram+ :** Utilisation d'oligopeptides (peptides auto-inducteurs - AIPs) comme molécules signal. La détection se fait par des récepteurs membranaires couplés à des systèmes de transduction du signal à deux composants. * Exemples : Système agr de $Staphylococcus aureus$ (régulation de facteurs de virulence), système de compétence et de sporulation chez $Bacillus subtilis$. * **Rôle dans les biofilms :** Le QS est souvent impliqué dans la formation, la maturation et la dispersion des biofilms, ainsi que dans la régulation de la production de facteurs de virulence. > **Tip :** La compréhension du quorum sensing ouvre des perspectives pour le développement de stratégies anti-biofilm ou anti-virulence, en perturbant cette communication bactérienne plutôt qu'en tuant directement les bactéries. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Hétérotrophe | Bactérie qui nécessite une source de carbone organique pour sa croissance et son métabolisme, ne pouvant pas synthétiser ses propres composés organiques à partir de sources inorganiques comme le CO2. | | Autotrophe | Bactérie capable de synthétiser ses propres composés organiques complexes à partir de sources inorganiques, généralement le dioxyde de carbone (CO2), en utilisant une source d'énergie métabolique. | | Méthanotrophe | Bactérie spécialisée dans l'utilisation du méthane (CH4) comme unique source de carbone, se situant parfois entre les catégories hétérotrophes et autotrophes en raison de sa capacité à construire des molécules organiques complexes à partir d'une molécule simple. | | Chimiotrophe | Organisme qui obtient son énergie à partir de réactions chimiques impliquant des composés organiques ou inorganiques, par opposition aux phototrophes qui utilisent la lumière comme source d'énergie. | | Phototrophe | Organisme qui tire son énergie de la lumière, généralement par photosynthèse, comme les cyanobactéries ou les plantes. | | Organotrophe | Organisme qui utilise des molécules organiques comme source d'électrons pour ses processus métaboliques, typiquement les hétérotrophes. | | Lithotrophe | Organisme qui utilise des composés inorganiques (comme H2, NH4+, Fe2+) comme source d'électrons pour ses processus métaboliques, souvent associé aux autotrophes. | | Auxotrophe | Bactérie qui ne peut pas synthétiser un composé organique spécifique (comme une vitamine ou un acide aminé) et qui doit donc l'obtenir à partir de son environnement de culture. | | Prototrophe | Bactérie capable de synthétiser tous les composés organiques nécessaires à sa croissance, y compris les acides aminés, les vitamines et les bases azotées, sans nécessiter d'apport extérieur de ces substances. | | Diffusion passive | Mécanisme de transport à travers une membrane cellulaire où les molécules traversent la bicouche lipidique en suivant leur gradient de concentration, sans nécessiter de dépense d'énergie par la cellule et sans l'aide de transporteurs protéiques. | | Diffusion facilitée | Processus de transport à travers une membrane qui ne nécessite pas d'énergie mais utilise des protéines transmembranaires (perméases ou canaux) pour aider les molécules à traverser, en suivant leur gradient de concentration. | | Transport actif | Mécanisme de transport à travers une membrane qui déplace des molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant une dépense d'énergie métabolique par la cellule, souvent sous forme d'ATP. | | Transporteur ABC | Famille de protéines transmembranaires impliquées dans le transport actif de diverses molécules (acides aminés, sucres, ions) à travers les membranes cellulaires, utilisant l'hydrolyse de l'ATP pour l'énergie. | | Symport | Système de transport actif où deux molécules sont co-transportées à travers la membrane dans la même direction, souvent utilisant un gradient ionique pour fournir l'énergie. | | Antiport | Système de transport actif où deux molécules sont co-transportées à travers la membrane dans des directions opposées, utilisant souvent un gradient ionique pour fournir l'énergie. | | Transport de groupe | Système de transport actif où la molécule transportée est modifiée chimiquement (souvent par phosphorylation) au cours de son passage à travers la membrane, permettant son importation et son activation simultanée. | | Sidérophore | Petites molécules organiques sécrétées par les microorganismes pour chélater le fer ferrique (Fe3+) et d'autres oligo-éléments, facilitant leur capture et leur transport vers l'intérieur de la cellule. | | Milieu défini (ou synthétique) | Milieu de culture dont la composition chimique est entièrement connue et précisément définie, chaque composant étant ajouté en quantité exacte. | | Milieu complexe | Milieu de culture contenant des composants dont la composition chimique exacte n'est pas entièrement connue, tels que des extraits de levure ou des peptones, riches en nutriments variés. | | Milieu enrichi | Milieu de culture complexe auquel sont ajoutés des nutriments spécifiques pour favoriser la croissance de microorganismes particulièrement exigeants (fastidieux). | | Milieu sélectif | Milieu de culture formulé pour permettre la croissance de certains types de microorganismes tout en inhibant la croissance d'autres, grâce à l'ajout d'agents inhibiteurs ou sélectifs. | | Milieu différentiel | Milieu de culture contenant des indicateurs qui permettent de distinguer différentes souches de microorganismes présentes, souvent basé sur des réactions métaboliques spécifiques produisant des changements de couleur. | | Turbidimétrie | Méthode de mesure de la concentration de particules en suspension dans un liquide, basée sur la mesure de la turbidité (trouble) causée par la diffusion de la lumière. Elle est souvent utilisée pour quantifier la croissance bactérienne dans un milieu liquide. | | Densité optique (DO) | Mesure de l'absorption de la lumière par une solution à une longueur d'onde donnée, souvent utilisée en microbiologie pour estimer la concentration de cellules bactériennes dans un milieu de culture. | | Phase de latence | Première phase de la croissance bactérienne en culture statique, durant laquelle les cellules s'adaptent à leur nouvel environnement et synthétisent les enzymes nécessaires avant de commencer à se diviser. | | Phase de croissance exponentielle | Phase de la croissance bactérienne où la population se divise à un rythme constant, doublant la population à intervalles réguliers, résultant en une augmentation exponentielle du nombre de cellules. | | Phase stationnaire | Phase de la croissance bactérienne où le taux de division cellulaire ralentit ou s'arrête, généralement en raison de l'épuisement des nutriments, de l'accumulation de produits toxiques ou du manque d'espace. | | Phase de mort | Dernière phase de la croissance bactérienne en culture statique, où le nombre de cellules viables diminue à mesure que les conditions deviennent de plus en plus défavorables et que la lyse cellulaire prédomine. | | Temps de génération (g) | Intervalle de temps nécessaire à une population de microorganismes pour doubler sa taille lors de la phase de croissance exponentielle. | | Biofilm | Communauté structurée de microorganismes (bactéries, champignons, etc.) adhérant à une surface et enrobée d'une matrice extracellulaire qu'ils ont produite (exopolymères), offrant protection et favorisant la survie. | | Planctonique | Se réfère aux microorganismes qui vivent de manière libre et indépendante dans le milieu liquide, par opposition aux formes sessiles (fixées) trouvées dans les biofilms. | | Sessile | Se réfère aux microorganismes qui sont fixés sur une surface, typiquement au sein d'un biofilm, par opposition aux formes planctoniques libres dans le milieu. | | Quorum sensing (QS) | Système de communication intercellulaire utilisé par les bactéries pour percevoir leur densité de population et coordonner des comportements collectifs, tels que la virulence ou la formation de biofilms, en réponse à des signaux chimiques. | | Auto-inducteur | Molécule signal produite et détectée par les bactéries pour le quorum sensing, dont la concentration extracellulaire augmente avec la densité de population et déclenche des réponses génétiques coordonnées. | | AHL (Acyl-homoserine lactone) | Type de molécule signal utilisée dans le quorum sensing par de nombreuses bactéries à Gram négatif pour la communication intercellulaire. | | Oligopeptide | Court peptide composé de quelques acides aminés, utilisé comme molécule signal dans le quorum sensing par de nombreuses bactéries à Gram positif. | | Températures cardinales | Ensemble de trois températures critiques pour la croissance d'une bactérie : la température minimale en dessous de laquelle la croissance est impossible, la température optimale où la croissance est maximale, et la température maximale au-delà de laquelle la croissance est impossible. | | Psychrophile | Bactérie adaptée à la croissance dans des conditions de basses températures, typiquement en dessous de 10-15°C. | | Mésophile | Bactérie dont la température optimale de croissance se situe entre 20°C et 45°C, incluant la plupart des bactéries pathogènes pour l'homme. | | Thermophile | Bactérie capable de croître à des températures élevées, généralement entre 45°C et 80°C. | | Hyperthermophile | Bactérie adaptée à la croissance dans des conditions de températures extrêmes, supérieures à 80°C, souvent trouvées dans des environnements volcaniques ou des sources hydrothermales. | | Protéines chaperonnes | Protéines qui aident au repliement correct des autres protéines et peuvent prévenir l'agrégation de protéines dénaturées, jouant un rôle crucial dans la survie des cellules, notamment en conditions de stress thermique. | | Aérobie strict | Bactérie qui nécessite de l'oxygène pour sa croissance et son métabolisme énergétique, et qui est incapable de survivre en son absence. | | Anaérobie strict | Bactérie qui ne peut pas utiliser l'oxygène pour sa croissance et qui est même intoxiquée par sa présence ; elle utilise d'autres accepteurs d'électrons dans son métabolisme. | | Anaérobie aérotolérante | Bactérie qui peut survivre et croître en présence d'oxygène sans l'utiliser pour sa respiration, produisant de l'énergie par fermentation même en présence d'oxygène. | | Aérobie facultative | Bactérie capable de croître en présence ou en absence d'oxygène, utilisant la respiration aérobie en présence d'oxygène et la fermentation ou la respiration anaérobie en son absence. | | Microaérophile | Bactérie qui nécessite de l'oxygène pour sa croissance mais ne tolère que de faibles concentrations de ce gaz, souvent parce qu'elle est sensible aux formes réactives de l'oxygène. | | Superoxyde dismutase (SOD) | Enzyme qui catalyse la dismutation des radicaux superoxydes (O2-) en dioxygène (O2) et en peroxyde d'hydrogène (H2O2), protégeant ainsi la cellule contre les dommages oxydatifs. | | Catalase | Enzyme qui catalyse la décomposition du peroxyde d'hydrogène (H2O2) en eau (H2O) et en dioxygène (O2), protégeant ainsi la cellule contre l'accumulation de ce produit potentiellement toxique. | | Acidophile | Organisme qui préfère et se développe dans des environnements acides, avec un pH optimal de croissance généralement inférieur à 5.5. | | Neutrophile | Organisme dont le pH optimal de croissance se situe autour de la neutralité, généralement entre 6.0 et 8.0. | | Alcalophile | Organisme qui préfère et se développe dans des environnements alcalins, avec un pH optimal de croissance généralement supérieur à 8.0. | | Homéostasie | Capacité d'un organisme à maintenir un environnement interne stable malgré les changements dans son environnement externe, comme la régulation du pH cytoplasmique. | | Halotolérant | Organisme capable de tolérer et de survivre dans des conditions de forte salinité, mais dont la croissance optimale se situe à des concentrations de sel plus faibles. | | Halophile | Organisme dont la croissance optimale nécessite une concentration élevée de sel (typiquement > 1M de NaCl). | | Halophile extrême | Organisme dont la croissance optimale nécessite des concentrations de sel extrêmement élevées, souvent saturantes. | | Milieu hypotonique | Milieu dont la concentration en solutés est inférieure à celle du cytoplasme de la cellule ; l'eau tend à entrer dans la cellule, augmentant la pression osmotique interne. | | Milieu hypertonique | Milieu dont la concentration en solutés est supérieure à celle du cytoplasme de la cellule ; l'eau tend à sortir de la cellule, provoquant sa déshydratation. | | Soluté compatible | Petite molécule organique (comme proline, glutamate, glycine bétaine) qui peut s'accumuler dans le cytoplasme à des concentrations élevées sans interférer avec le métabolisme cellulaire, aidant à équilibrer la pression osmotique. | | Activité de l'eau (Aw) | Mesure de la disponibilité de l'eau dans un substrat pour les réactions biochimiques et la croissance microbienne ; elle varie de 0 (aucune eau disponible) à 1 (eau pure). | | Radiations ionisantes | Forme de rayonnement à haute énergie (alpha, bêta, gamma) capable d'arracher des électrons des atomes et des molécules, causant des dommages aux cellules, notamment à l'ADN. | | Rayons ultraviolets (UV) | Rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde plus courtes que la lumière visible, dont les UV-B et UV-C sont particulièrement nocifs pour les bactéries car ils endommagent l'ADN. |